Главная       Продать работу       Заказать работу       Блог       Контакты       Оплата       О нас       Как мы работаем       Регистрация       Вход в кабинет
Тех. дипломные работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   электроснабжение
   пищевая промышленность
   водоснабжение
   газоснабжение
   автоматизация
   теплоснабжение
   холодильники
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. курсовые работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   детали машин
   электроснабжение
   газоснабжение
   водоснабжение
   пищевая промышленность
   автоматизация
   теплоснабжение
   ТММ
   ВСТИ
   гидравлика и пневматика
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. дополнения
   Отчеты
   Расчетно-графические работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Чертежи и 3D моделирование
   Тех. soft
   Рефераты
   Общий раздел
   Технологический раздел
   Конструкторский раздел
   Эксплуатационный раздел
   БЖД раздел
   Экономический раздел
   Экологический раздел
   Автоматизация раздел
   Расчетные работы

Гум. дипломные работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. курсовые работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. дополнения
   Отчеты
   Расчетные работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Сочинения
   Гум. soft
   Рефераты

Главная > Тех. курсовые работы > др. тех. специальности
Название:
Пути решения основных принципиальных вопросов технической реализации системы АЛС с использованием резервного радиоканала передачи данных на современной отечественной микропроцессорной и микроэлектронной базе

Тип: Курсовые работы
Категория: Тех. курсовые работы
Подкатегория: др. тех. специальности

Цена:
0 грн



Подробное описание:

Содержание
Введение……………………………………………...…...……………………6
1. Аналитический обзор систем интервального регулирования движения поездов по материалам российской и зарубежной прессы………….…………9
2. Технические требования к системе АЛС………………………………....…19
3. Разработка структурной схемы системы, включая путевые, стационарные и локомотивные устройства…………………………………………………...….31
4. Разработка функциональной схемы локомотивных устройств системы АЛС……………………………...………………………………………….…….35
5. Разработка технических средств организации резервного радиоканала передачи данных……………………………………………………………....…40
6. Расчёт надёжностных характеристик локомотивных устройств АЛС…………………………………………………………………………….…62
7. Технико-экономическое обоснование разработки комплексной системы автоматической локомотивной сигнализации ……………...…………………69
8. Безопасность жизнедеятельности……………………………..……………..80
8.1 Безопасность персонала при обслуживании автоматической локомотивной сигнализации с использованием резервного радиоканала передачи данных…………………………………………………………………80
8.2 Безопасность персонала в чрезвычайных ситуациях……………….87
Заключение………………………………………………………………...…..90
Список используемой литературы…………….……………………........…..92

Введение.

Обеспечение безопасности движения поездов является наиболее важной задачей совершенствования технологического процесса перевозок пассажиров и грузов. Для ее успешного решения особое внимание необходимо уделить обеспечению машиниста локомотива необходимой и достаточной информацией о поездной обстановке, наличии ограничения скорости, маршруте движения, допустимой и целевой скорости движения в данной точке пути, а также координатах и других параметрах движения поезда.

Функции обеспечения машиниста локомотива информацией о поездной обстановке, контроля скорости, бодрствования и бдительности, формирования сигналов для регистрации на ленте локомотивного скоростемера до сих пор выполняет автоматическая локомотивная сигнализация типа АЛСН. При этом для передачи информации на локомотив используется всего три активных сигнала, а элементная база – электромагнитные реле, требует больших эксплуатационных затрат и не позволяет значительно повысить надежность аппаратуры и расширить ее функциональные возможности.

Министерством путей сообщения РФ была поставлена задача совершенствования существующей АЛСН с целью повышения ее надежности, а также дальнейшего развития новой системы АЛС с расширенной значностью и повышенной помехозащищенностью на основе новых принципов передачи информации. Такая система была разработана и проходила испытания на Московской дороге. По результатам испытаний была поставлена задача разработки комплексного варианта системы АЛС с применением микропроцессорной базы.

Структура локомотивных устройств комплексной системы АЛС получила наименование КЛУБ. Классические системы автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), применяемые на железных дорогах - АЛСН и АЛС-ЕН - используют для передачи сигналов на локомотив рельсовую цепь. В данном дипломном проекте разрабатывается АЛС с использованием резервного радиоканала передачи данных(АЛСР). Эта система использует для передачи кодов АЛС радиоканал, решая задачи точного определения координат локомотива и доставки ответственных данных на локомотив по радио. Система позиционирования локомотива является частью АЛСР и использует совокупность показаний нескольких источников координатной информации – широко применяемых колесных датчиков пути и скорости (ДПС), спутниковых систем навигации (GPS/ГЛОНАСС) и системы точечного канала связи с локомотивом (ТКС-Л).

Для обеспечения непрерывного кодирования на всем протяжении железнодорожных путей в системе АЛСР применен универсальный цифровой радиоканал (УЦРК). В настоящий момент УЦРК системы АЛСР базируется на методах беспроводной широкополосной передачи данных (ШПД). Основу УЦРК составляет опорная радиосеть, построенная из ряда базовых станций, располагаемых вдоль путей в полосе землеотвода железной дороги. К опорной сети по проводным (в том числе волоконно-оптическим) каналам подключается постовое и напольное оборудование ЖАТ. Опорная сеть УЦРК транслирует ответственную информацию о поездной ситуации, показаниях сигналов и установленных станционных маршрутах на бортовое локомотивное оборудование. Способ сопряжения АЛСР со стационарными системами СЖАТ (автоблокировки, в том числе и централизованного типа; станционными ЭЦ, РПЦ и МПЦ) зависит от элементной базы и структуры  последних. Разработан ряд устройств сопряжения с релейными, релейно-процессорными и микропроцессорными системами.

Внедрение системы АЛСР создаст техническую базу для перехода к следующему поколению систем автоблокировки, основанных на координатных принципах интервального регулирования движения поездов. Переход к системам управления движением поездов с использованием радиоканала позволит существенно сократить количество оборудования на перегонах и повысить пропускную способность за счет сокращения интервалов попутного следования и увеличения грузоподъемности поездов в результате отказа от ограничивающих тяговые токи изолирующих стыков и дроссель-трансформаторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Аналитический обзор систем интервального регулирования по материалам российской и зарубежной прессы.

Бурное развитие микропроцессорных технических средств за последние 10 лет открыло широкие возможности коренного переоснащения отрасли железнодорожной автоматики и телемеханики.

Внедрение в 1984 году первого отечественного микропроцессорного комплекса автоматизации сортировочных горок послужило началом технического перевооружения СЖАТ на принципиально новой элементной базе.

За истекший период уже сменилось несколько поколений информационно-вычислительных средств, мини-ЭВМ, микро- ЭВМ, микроконтроллеров, средств диспетчеризации и др. В настоящее время разработчики нового поколения СЖАТ уже широко используют высокоинтегрированные одноплатные промышленные компьютеры, программируемые микроконтроллеры, устройства сбора и преобразования информации. Нашли широкое применение изделия и программные продукты ведущих фирм «Advantech», «Cygnal» и др.

Это позволило создать целую гамму нового поколения СЖАТ. К их числу относятся: ДЦ «Сетунь», ДЦ «Юг» с РКП, ДЦ «Диалог», ДЦ-МПК , РПЦ «Дон», РПЦ «Диалог-Ц», ЭЦ- МПК, МПЦ «Ebilock-950», АБТЦ, КТСМ-02 и др.

Кроме перечисленных микропроцессорных систем электрической и диспетчерской централизаций, автоблокировки достойное место занимают и системы автоматизации горок. К ним относятся: ГАЦ-МН, ГАЦ-МП, КСАУ КС, КГМ-ПК и ГАЦ-АРС ГТСС.

Опыт создания современных систем автоблокировки показывает, что расширение функциональных возможностей, повышение надежности аппаратных средств и устойчивости функционирования рельсовых цепей в условиях изменения их параметров и мешающего действия электромагнитных помех от тягового тока возможно на основе использования современной микроэлектронной элементной базы.

Значительный экономический эффект может быть достигнут за счет унификации аппаратуры автоблокировки по методам технической реализации отдельных модулей, на функциональном уровне, по конструктивным решениям и применяемой элементной базе. Унификация сокращает номенклатуру изделий и позволяет применять индустриальные методы ремонта и обслуживания систем интервального регулирования.

Учитывая важную роль, которую играют системы интервального регулирования в обеспечении безопасности и бесперебойности движения, комплекс работ по ее развитию выделен в научно-техническую проблему "Единый ряд перспективных микроэлектронных систем и устройств для управления движением поездов". Наиболее крупными разработками, имеющими большое научное  значение, являются:

1) Микропроцессорная система числовой кодовой автоблокировки (АБ-ЧКЕ);

Система  АБ-ЧКЕ формирует и передает на  локомотив информацию о показаниях проходных  светофоров. АБ-ЧКЕ  функционально и электромагнитно  совместима с релейной системой числовой кодовой автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализацией непрерывного действия (АЛСН).                                                               

 Принципиально новыми  возможностями  данной системы являются: повышенная устойчивость работы рельсовой цепи в условиях воздействия помех от тягового тока, при колебаниях и в условиях пониженного сопротивления балласта и нестабильности питающего напряжения. Повышена надежность аппаратуры благодаря применению современной микроэлектронной элементной базы. Снижена  энерго- и материалоемкость аппаратуры, сокращены эксплуатационные расходы на содержание. Система  является универсальной для применения на участках с трех- и четырехзначной автоблокировкой. При организации движения с четырехзначной сигнализацией прокладка кабеля и установка дополнительной аппаратуры не требуется.

2)Микропроцессорная унифицированная система автоблокировки АБ-УЕ.

С целью повышения устойчивости работы рельсовых цепей при изменении в широких пределах сопротивления изоляции, увеличения надежности аппаратуры, повышения помехозащищенности системы контроля состояния рельсовой линии, а также снижения энерго- и материалоемкости и эксплуатационных затрат на содержание устройств МИИТом разработана децентрализованная микропроцессорная унифицированная система автоблокировки АБ-УЕ. Она отличается отсутствием электромагнитных реле и других электромеханических приборов на сигнальных точках перегона, наличием встроенной подсистемы дистанционного контроля и диагностики аппаратуры и возможностью дистанционного изменения настроек и технических параметров сигнальной точки. В АБ-УЕ предусмотрена возможность реализации функций любой эксплуатируемой на сети дорог системы автоблокировки с децентрализованным размещением аппаратуры путем изменения программного обеспечения. Для работы системы требуется не более двух пар кабельных жил.

В состав сигнальной точки АБ-УЕ входят микропроцессорный приемопередатчик (ППМ) и устройства защиты и согласования с рельсовой линией (УЗС РЛ), приемником (УЗС ПРМ) и передатчиком (УЗС ПРД).

В зависимости от места установки ППМ выпускается в трех вариантах исполнения. Первый вариант предназначен для работы в составе сигнальной точки автоблокировки, а два других – для увязки автоблокировки АБ-УЕ со схемами входного светофора и станционной системы централизации.

3).Микроэлектронная система автоблокировки (АБ-Е1);                                                               Автоблокировка АБ-Е1 функционально и электромагнитно совместима с автоматической локомотивной сигнализацией АЛС-ЕН. Для повышения устойчивости функционирования системы КРЛ в условиях воздействия дестабилизирующих факторов обработка полезных сигналов в приемнике осуществляется по алгоритму кумулятивных сумм. Благодаря его применению удалось обеспечить устойчивую работу рельсовой цепи длиной 2500 м при колебаниях сопротивления балласта от 50 до 0,45 Ом/км. Проблема обеспечения безопасности микроэлектронных  аппаратных средств автоблокировки решается применением: трехкомплектного резервирования стандартных модулей, выполняющих одинаковые функции; мажоритарной  структуры построения для обнаружения неисправного или отказавшего комплекта; жесткой синхронизации и потактного сравнения сигналов в контрольных точках различных комплектов; специальных устройств контроля с односторонними отказами, обеспечивающих надежное отключение неисправного комплекта и последующий его ввод в работу.                                 В системе АБ-Е1 использован один непрерывный частотный канал (НКС) с несущей частотой 174,38 Гц. Передача информации осуществляется в результате двукратной фазоразностной манипуляции и кодирования сообщений модифицированным кодом Бауэра. Структура организации кодового цикла параллельная: по одному подканалу передаются кодовые комбинации (КК), а по другому - сигналы цикловой синхронизации (ЦС) в виде синхрогрупп (СГ). Применение двукратной ФРМ позволяет повысить помехоустойчивость в 2 раза по сравнению с амплитудной  модуляцией. Использование комбинаций кода Бауэра в информационном и синхроподканалах обеспечивает эффективную кодовую защиту.                           4).Микропроцессорная система автоблокировки с децентрализованным размещением аппаратуры и рельсовыми цепями без изолирующих стыков (АБ-Е2);

  В системе АБ-Е2 применяются тональные рельсовые цепи без изолирующих стыков . Поэтому с целью защиты от влияния смежных рельсовых цепей и от рельсовых цепей параллельного пути для формировании сигнального тока пришлось использовать 4 несущие частоты (1953 и 2441 Гц для одного пути; 2170 и2790 Гц для другого пути.) Указанные частоты чередуются в рельсовых цепях смежных блок-участков. Обычно в пределах блок-участка организуются две рельсовые цепи, получающие питание от одного общего передатчика, подключаемого к середине БУ. Этот передатчик используется также для увязки показаний напольных светофоров и для передачи информации на локомотив при нахождении поезда на первой половине БУ. При вступлении локомотива за точку подключения данного передатчика начинается передача сигнала АЛС с конца БУ. Путевые приемники подключаются к рельсовой линии по концам блок-участка. Методы контроля состояния рельсовой линии, а также методы формирования и обработки сигналов аналогичны методам, принятым в системе АБ-Е1. Отличие заключается в технической реализации узлов:

      a) В системе АБ-Е2 путевой приемник и приемопередатчик конструктивно реализованы в виде общей моноблочной конструкции – микро-

процессорном приемопередатчике  МПП.

      б) Схема МПП реализована на устройствах с программируемой логикой. Для исключения опасных отказов  применена дублированная

структура с контролем синхронности работы параллельных каналов обработки данных. При рассогласовании их работы производится диагностика

каждого канала и отключение неисправного.

      в) Приемопередатчик формирует не только сигналы АЛС-ЕН, как в системе АБ-Е1, но и сигналы АЛСН. Причем производится контроль временных параметров передаваемого сигнала АЛСН. При искажении двух

следующих подряд кодовых комбинаций их передача прекращается и выход передатчика запирается.

Также на современной микроэлектронной базе строятся локомотивные системы безопасности и регулирования движения поездов нового поколения.

          Для регулирования движения на железных дорогах России в основном использовались устройства непрерывного типа АЛСН. Несколько позднее появился новый канал АЛС-ЕН. Разработаны также устройства точечного канала связи для высокоскоростной передачи больших объемов информации в ограниченных зонах связи. Ведутся работы по активному внедрению устройств передачи данных по радиоканалу в диапазонах 160 и 460 МГц. Эти устройства планируется применять при организации двусторонней передачи данных на станциях, где технически сложно кодировать все пути сигналами АЛСН и АЛС-ЕН.

          Низкая информативность системы АЛСН (использование в канале связи только трех активных сигналов) и ограниченность ее функциональных возможностей обусловили необходимость дополнения действующего оборудования другими устройствами обеспечения безопасности. С 1994г. в рамках Государственной  программы повышения безопасности движения поездов на железных дорогах России прежние устройства заменяются на более совершенные (КЛУБ, САУТ, телеметрическую систему контроля бдительности машиниста ТС КБМ и др.),  выполненные на современной микропроцессорной элементной базе.

          Комплексное локомотивное устройство безопасности КЛУБ предназначено для повышения безопасности движения в поездной и маневровой работе путем приема сигналов от путевых устройств АЛСН и АЛС-ЕН и отображению их машинисту. Аппаратура КЛУБ серийно внедряется с 1994г., она выполнена на микропроцессорной базе и имеет 100% активное резервирование функциональных модулей.

          Аппаратура КЛУБ выполняет следующие функции: исключение несанкционированного движения локомотива, сравнение фактической скорости с допустимой, контроль торможения перед запрещающим сигналом светофора, формирование сигналов для системы автоматического управления тормозами САУТ, контроль бдительности машиниста, регистрация параметров движения. На сети дорог аппаратурой КЛУБ оборудовано около 1400 локомотивов и моторовагонных поездов.

          В 1998г. на Московской дороге начались эксплуатационные испытания унифицированного комплексного локомотивного устройства безопасности КЛУБ-У. Устройство предназначено для работы на всех типах локомотивов и моторовагонных поездов на участках железных дорог с автономной и электрической тягой постоянного и переменного тока. Функциями КЛУБ-У являются: исключение самопроизвольного движения локомотива; исключение несанкционированного включения ЭПК; автоматический учет категории поезда, типа тяги, длины блок-участков; прием и дешифрация сигналов АЛСН, АЛС-ЕН; непрерывный контроль состояния тормозной системы; формирование сигналов достижения фактической скорости: 2, 10, 20, 60 км/ч; информирование машиниста о сигналах светофора; количестве свободных блок-участков; фактической скорости с точностью до 1 км/ч и допустимой на данном участке пути скорости движения, кривой торможения, а также о текущем времени с корректировкой по астрономическому времени, координатах места нахождения локомотива с точностью до 30м при помощи спутниковой навигации, названиях станций, номерах стрелок, светофорах, перегонах, расстояниях до контрольных точек; регулярный контроль бдительности машиниста; контроль совместных действий машиниста и помощника машиниста при трогании поезда и движении к запрещающему сигналу светофора; автоматическое включение экстренного торможения при появлении ситуаций, ведущих к опасным и катастрофическим последствиям; регистрация параметров движения в электронной памяти кассеты .На железные дороги России поставлено свыше 740 комплектов КЛУБ-У. Системой оборудовано более 20 различных типов локомотивов на 16 дорогах[3].

          Для специального самоходного подвижного состава в 1999г. на базе аппаратуры КЛУБ сконструированы специализированные устройства – КЛУБ-П, которые имеют меньшие размеры и массу, современную элементную базу и повешенную надежность.

          В настоящее время на железных дорогах России для определения местоположения локомотива все более широкое применение находят комбинированные приемники, осуществляющие автоматический поиск, прием и обработку сигналов спутниковых радионавигационных систем ГЛОНАСС (Россия) и GPS NAVSTAR (США). Навигационная аппаратура ведет одновременный прием сигналов по 12 каналам. Точность автономного определения скорости поезда (с вероятностью 95%) составляет 0,1 м/с, точность метки единого времени относительно всемирного времени UTC – 1 мкс. Информация на локомотив подается с помощью путевых устройств АЛСН и АЛС-ЕН, радиоканала системы координатного регулирования движения поездов, путевых устройств точечного канала связи и радиоканала маневровой автоматической локомотивной сигнализации МАЛС.

Также активно внедряется АЛСР - Автоматическая локомотивная сигнализация с использованием радиоканала. Классические системы автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), применяемые на железных дорогах - АЛСН и АЛС-ЕН - используют для передачи сигналов на локомотив рельсовую цепь. АЛСР использует для передачи кодов АЛС радиоканал, решая задачи точного определения координат локомотива и доставки ответственных данных на локомотив по радио. Система позиционирования локомотива является частью АЛСР и использует совокупность показаний нескольких источников координатной информации – широко применяемых колесных датчиков пути и скорости (ДПС), спутниковых систем навигации (GPS/ГЛОНАСС) и системы точечного канала связи с локомотивом (ТКС-Л).

Разработанные технические решения обеспечивают точность определения местоположения локомотива  порядка одного метра при скоростях движения до 400 км/ч [3]. Система ТКС-Л также является средством доставки на локомотив команд телеуправления и телесигнализации, показаний сигнальных точек автоблокировки, показаний станционных, заградительных и других светофоров, а также информации об установленных поездных маршрутах на станции, сформированной постовыми и напольными устройствами железнодорожной автоматики и телемеханики. ППО не требуют внешнего питания, активируясь энергией локомотивной антенны.

Для обеспечения непрерывного кодирования на всем протяжении железнодорожных путей в системе АЛСР применен универсальный цифровой радиоканал (УЦРК). В настоящий момент УЦРК системы АЛСР базируется на методах беспроводной широкополосной передачи данных (ШПД). Основу УЦРК составляет опорная радиосеть, построенная из ряда базовых станций, располагаемых вдоль путей в полосе землеотвода железной дороги.

Инфраструктура системы АЛСР позволяет наряду с основной задачей автоматической локомотивной сигнализации решать целый ряд смежных задач. В частности, организация доступа к опорной сети УЦРК программно-аппаратных комплексов диспетчерского аппарата (АРМ ДС, ДНЦ) позволяет с минимальными материально-техническими затратами реализовать функцию принудительной остановки поезда автоматически либо по команде диспетчера, в том числе при выключении локомотивной бригадой устройств безопасности. УЦРК также может быть использован для передачи ответственной телеметрической информации бортового оборудования на средства мониторинга технического состояния локомотивов на всем протяжении маршрута следования. Эта же функция обеспечит контроль локомотивных приборов безопасности со стороны диспетчерского аппарата.

Внедрение системы АЛСР создаст техническую базу для перехода к следующему поколению систем автоблокировки, основанных на координатных принципах интервального регулирования движения поездов. Переход к системам управления движением поездов с использованием радиоканала позволит существенно сократить количество оборудования на перегонах и повысить пропускную способность за счет сокращения интервалов попутного следования и увеличения грузоподъемности поездов в результате отказа от ограничивающих тяговые токи изолирующих стыков и дроссель-трансформаторов.

В результате широкого внедрения перечисленных разработок будет достигнуто повышение уровня безопасности движения поездов, рост резервов пропускной способности участков, экономия капитальных вложений при строительстве и эксплуатационных расходов на содержание технических средств, улучшение условий труда и повышение культуры обслуживания.

Так в Белой книге РЖД, которая определяет вектор технического перевооружения российских жд до 2020 г., определено: “В качестве приоритетных направлений инновационной политики компании значатся системы управление движением на основе спутниковых технологий и автоматической идентификации подвижного состава. Внедрение системы мониторинга и телеуправления напольными устройствами железнодорожной автоматики. Создание автоматизированных центров управления и расширение функций диспетчерской централизации (линии скоростного и высокоскоростного движения, 5000 км).Внедрение компьютерных систем управления на станциях в увязке с цифровым радиоканалом (100 станций).Внедрение систем интервального регулирования движением поездов без светофоров с применением спутниковой навигации и цифрового радиоканала(500 км на участках с грузовым и пассажирским движением)”. Исходя из этого, можно сделать вывод, что тема дипломного проекта является актуальной, поскольку отражает современные тенденции развития   систем ЖАТ.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.       Технические требования к системе автоматической локомотивной сигнализации

На железных дорогах России к функциям локомотивных систем сигнализации и обеспечения безопасности движения предъявляются следующие требования: прием сигналов от путевых устройств станционной и перегонной автоматики о местонахождении идущего впереди поезда, допустимой скорости движения; измерение скорости движения, определение местоположения локомотива, положения органов управления локомотива, состояния тормозной системы; обработка принятых сигналов и измеренных параметров движения, формирование допустимой скорости, при ее превышении обеспечение принудительного торможения поезда; индикация и сигнализация машинисту информации, формируемой системой; контроль бдительности и бодрствования машиниста, принудительное торможение поезда при их недопустимом снижении; регистрация информации, формируемой системой, параметров движения, местоположения локомотива и времени действия с передачей в энергонезависимую память .

Комплексная система автоматической локомотивной сигнализации предназначена для регулирования и обеспечения безопасности движения поездов с целью повышения безопасности движения поездов в поездной и маневровой работе, автоматизации процесса расшифровки результатов записи параметров движения поездов и обеспечения достоверности расшифровки и для применения на участках железных дорог с автономной и электрической тягой постоянного и переменного тока, оборудованных путевыми устройствами АЛСН, АЛС-ЕН, точечным каналом связи (ТКС), системой автоматического управления торможением (САУТ), системой координатного регулирования движения поездов на базе цифрового радиоканала, а также на станциях, оборудованных системой МАЛС, для работы на всех типах локомотивов и моторвагонного подвижного состава (МВПС).

На основании проведенного анализа автоматических локомотивных сигнализаций на железных дорогах с учетом тенденций их развития можно сформулировать следующие основные параметры и характеристики:

1. Составные части системы АЛС должны соответствовать требованиям своих технических условий и (или) комплектов документации и иметь оставшиеся гарантийные сроки эксплуатации, достаточные для данного комплекта системы АЛС, что должно быть подтверждено установленным подписями и печатями в их документации. В том числе датчики пути и скорости, датчики давления должны иметь документы о первичной поверке (калибровке), оформленные в установленном порядке.

2. Система АЛС при включении питания должна обеспечивать индицирование в блоке индикации и ввода независимо от состояния ключа электропневматического клапана автостопа следующей информации:

- в активной кабине локомотива (МВПС):

1) координаты пути;

2) текущее время;

3) давление в тормозной магистрали;

4) фактическую скорость 0 км/ч;

5) готовность кассеты регистрации;

6) несущую частоту;

7) режим работы (поездной, маневровый, специальный маневровый);

- в пассивной кабине локомотива (МВПС):

1) координаты пути;

2) текущее время;

3) фактическую скорость 0 км/ч;

4) готовность кассеты регистрации;

5) режим работы (поездной, маневровый, специальный маневровый).

3. Система АЛС должна обеспечивать индикацию на блоке индикации и ввода при включенном ключе электропневматического клапана автостопа следующей информации дополнительно к указанной в п.2:

- в активной кабине локомотива (МВПС):

1) сигнал локомотивного светофора, соответствующего сигналу АЛСН (АЛС-ЕН), поступающему из рельсовой цепи или шлейфа; на участке, не оборудованном путевыми устройствами АЛСН (АЛС-ЕН), должен индицироваться сигнал “Белый”;

2) допустимую скорость в соответствии с принятым сигналом;

3) сигнал “Внимание!” (звуковой сигнал).

Индикация сигналов светофора и количества свободных блок-участков на блоке индикации для помощника машиниста должна соответствовать индикации данных сигналов на блоке индикации и ввода.

4. Система  АЛС должна обеспечивать включение индикации на блоке индикации и ввода и формирование информации – сигнал светофора “Белый”, фактическая скорость 0 км/ч, допустимая скорость движения на “Белый” сигнал светофора (Vб) после включения питания системы КСАЛС при включении ключа электропневматического клапана автостопа, режиме движения “Поездной” и отсутствии приема информации из канала АЛСН (АЛС-ЕН).

5. Система  АЛС должна обеспечивать ввод во внутреннюю энергонезависимую память локомотивных и поездных характеристик. Значения этих характеристик должны сохраняться при выключении питания  АЛС.

6. Система  АЛС должна обеспечивать прием и запись во внутреннюю энергонезависимую память данных электронной карты пути и сохранение этих данных при выключении питания системы  АЛС.

7. Система  АЛС должна обеспечивать переключение индицируемой на блок индикации и ввода информации – сигнал светофора “Красный”, допустимая скорость 20 км/ч на информацию сигнал светофора “Белый”, допустимая скорость Vб или на информацию – сигнал светофор “Белый”, контролируемая скорость 60 км/ч в зависимости от режима работы “Поездной” или “Маневровый” при одновременном нажатии кнопки включения красного сигнала и рукояток бдительности.

8. АЛС должна исключать прием сигналов из канала АЛС-ЕН и индицировать в блоке индикации и ввода информацию – сигнал светофора “Красный”, допустимая скорость 20 км/ч.

9. Система АЛС должна отслеживать проследование границ блок-участка при приеме информации из канала АЛС-ЕН по смене синхрогрупп сигнала.

10. Формирование значения допустимой скорости при наличии данных в электронной карте от радиоканала и наличии сигналов АЛСН и АЛС-ЕН должно производиться следующим образом:

- значение допустимой скорости в каждой точке пути должно быть равно минимальному из значений допустимых скоростей по поездной ситуации, формируемой по информации из радиоканала или, при его отсутствии, из каналов АЛСН и АЛС-ЕН  значений допустимой скорости, определяемых наличием местных ограничений скорости по информации из радиоканала;

- при отсутствии информации из радиоканала для характеристики мест ограничения скорости должны быть использованы данные электронной карты.

11. При формировании значения допустимой скорости  за длину блок-участка принимается значение, записанное в электронную карту, при приёме кода “КЖ” по каналам АЛСН и АЛС-ЕН и при отсутствии до этого приёма по канал АЛС-ЕН.

В случае постоянного приёма по каналу АЛС-ЕН и принятия кода “КЖ” за длину блок-участка принимается значение 277м при приёме до кода “КЖ” кода, отличного от одного блок-участка, или не был зафиксирован проезд границы блок-участка .

12. Система АЛС должна обеспечивать при движении периодическую проверку бдительности или бодрствования (включение сигнала “Внимание!” и через (6±2)с снятие напряжения с выхода электропневматического клапана автостопа) . Система АЛС должна обеспечивать выключение сигнала “Внимание!” и включение напряжения на выходе электропневматического клапана автостопа нажатием на специальную рукоятку бдительности. Система АЛС должна обеспечивать выключение сигнала “Внимание!” при условии наличия напряжения на выходе электропневматического клапана автостопа нажатием на рукоятку бдительности.

 

13. Система АЛС должна обеспечивать снятие напряжения с выхода электропневматического клапана автостопа при трогании без предварительного включения тяги машинистом (вывода контроллера из нулевого положения) через время не менее 74с с момента последнего включения тяги.

14. Снятие напряжения с выхода электропневматического клапана автостопа должно производится при включении тяги машинистом и отсутствии сигналов от датчика угла поворота в течение последующих (72±2)с, если при этом включен ключ электропневматического клапана автостопа.

15. Система АЛС должна формировать кратковременный звуковой сигнал на блоке индикации и ввода при изменении передаваемых для индикации параметров:

- сигналов светофора;

- количества свободных блок-участков;

- движения прямо / с отклонением.

- режима работы – “Поездной”, “Маневровый”, “Специальный маневровый”;

- вида препятствия;

- контролируемой скорости;

- несущей частоты АЛСН;

- активности канала АЛС-ЕН;

- запрета отпуска тормозов;

- включение сигнала “Внимание!”.

16. Система  АЛС должна обеспечивать однократную проверку бдительности (включение сигнала “Внимание!” и снятие напряжения с выхода электропневматического клапана автостопа) при следующих условиях:

- условие 1 – момент снижения контролируемой скорости при ненулевой фактической скорости;

- условие 2 – переход на “Белый” сигнал светофора при ненулевой фактической скорости;

- условие 3 – переход на “Красный” сигнал светофора при ненулевой фактической скорости;

- условие 4 – момент начала движения при “Красном”, “Красно-желтом” или “Белом” сигналах светофора.

Условие 1 отменяется при активности системы САУТ, кроме перехода на “Красно-желтый” сигнал светофора.

Условие 4 отменяется при режиме работы “Маневровый”.

Условия 1, 2 отменяются при режиме работы “Специальный маневровый” и фактической скорости менее 10 км/ч.

Условие 4 отменяется при режиме работы “Специальный маневровый”, кроме “Красного” сигнала светофора.

Система  АЛС должна обеспечивать выключение сигнала “Внимание!” и восстановление напряжения на выходе электропневматического клапана автостопа при нажатии одной из рукояток бдительности или при снижении фактической скорости до 0 км/ч .

17. Система  АЛС должна обеспечивать двустороннюю связь по цифровому радиоканалу, имеющему следующие характеристики:

- режим работы – одно или двухчастотный симплекс;

- диапазон частот – от 450 до 470 МГц;

- вид модуляции – частотная;

- мощность передатчика 5 Вт;

- интерфейс связи RS232;

- максимальная скорость передачи 9600 Бод;

- возможность программирования значений рабочих частот, скорости и форматов передачи, мощности передатчика.

18. Система АЛС должна обеспечивать отсчет, индикацию и сохранение текущего времени с корректировкой по астрономическому времени спутниковой навигационной системы.

19. Система АЛС должна обеспечивать определение координаты поезда от устройств спутниковой навигации, датчиков пути и скорости и электронной карты участка.

20. Система АЛС должна обеспечивать регистрацию в съемную кассету регистрации следующих данных:

- активность ТСКБМ;

- активность САУТ;

- активность радиоканала;

- показание светофора / количество свободных блок-участков;

- допустимую скорость;

- фактическую скорость движения;

- железнодорожную координату;

- текущее время;

- текущую дату;

- фактическое направление движения;

- название светофора;

- расстояние до цели;

- вид цели;

- допустимую скорость движения на “Зеленый”;

- контролируемую скорость движения на “Желтый”;

- уровень бодрствования;

- управление электропневматическим клапаном автостопа от САУТ;

- запрет отпуска тормозов САУТ;

- состояние рукояток;

- код рукоятки / клавиши;

- номер помощника машиниста;

- номер поезда;

- количество локомотивов в поезде;

- длину состава (в осях);

- длину состава (в условных вагонах);

- категорию поезда;

- категорию по давлению в тормозной магистрали;

- код серии локомотива или серии электро/дизель поезда;

- признак подключения дополнительного локомотива к тормозной магистрали;

- номер локомотива или ведущей секции многосекционного локомотива;

- звуковую сигнализацию;

- давление в главном резервуаре;

- давление в уравнительном резервуаре;

- давление в тормозном цилиндре;

- давление в тормозной магистрали;

- сигнал включения компрессоров;

- сигнал включения генераторов управления;

- сигнал наличия напряжения на выходах генераторов управления;

- включение питания электромагнитов электропневматического клапана автостопа;

- состояние ключа электропневматического клапана автостопа;

- режим ЭПТ – контроль цепи;

- режим ЭПТ – перекрыша;

- режим ЭПТ – торможение;

- тифон.

21. Система АЛС должна обеспечивать измерение фактической скорости и формирование индикации фактической скорости на блоке индикации и ввода с наибольшей абсолютной погрешностью в диапазоне скоростей:

- от 0 до 80 км/ч ± 1 км/ч ;

- от 81 до 250 км/ч ± 2 км/ч.

22. Система КСАЛС должна измерять и индицировать на блоке индикации и ввода значение давления в тормозной системе в диапазоне от 0 до 1,0 МПа с дискретностью 0,01 МПа. Наибольшая основная абсолютная погрешность измерения давления ± 0,02 МПа. Дополнительная абсолютная погрешность измерения давления, вызванная изменением температуры окружающей среды ± 0,01 МПа на каждые 30°С от нормальных условий.

23. Система АЛС должна исключать переход на резервный комплект при изменении сигналов на входах системы АЛС при номинальных параметрах этих сигналов при активности любого из двух комплектов.

24. Система АЛС должна обеспечивать подсветку блока индикации и ввода.

25. Система КСАЛС должна обеспечивать возможность работы с САУТ.

26. Система АЛС должна обеспечивать возможность работы с телемеханической системой контроля бодрствования машиниста (ТСКБМ).

27. Система АЛС должна обеспечивать невозможность проезда участка со светофором с запрещающим сигналом без разрешения дежурного по станции при условии оборудования станции радиоканалом.

28. Система АЛС должна по приказу дежурного по станции, переданному по радиоканалу, обеспечивать экстренное торможение независимо от действий машиниста.

29. Система АЛС должна контролировать совместные действия машиниста и помощника машиниста при трогании и движении к запрещающему сигналу светофора.

30. Система АЛС должна обеспечивать невозможность несанкционированного отключения электропневматического клапана автостопа ключом.

31. Система АЛС должна обеспечивать формирование и индикацию на блоке индикации и ввода плавного уменьшения допустимой скорости после получения сигнала “Б” при условии, что перед этим принимались сигналы “3” или “Ж”. Темп снижения допустимой скорости должен быть на 30% меньше, чем при экстренном торможении.

32. Система АЛС должна обеспечивать формирование сигналов о движении со скоростью 2 км/ч и более, со скоростью 10 км/ч и более, со скоростью 20 км/ч и более, со скоростью 60 км/ч и более.

33. Система АЛС должна обеспечивать режим самодиагностики с выдачей информации на блок индикации и ввода.

34. Измерители скорости и давления электронные локомотивные, входящие в состав системы АЛС должны обеспечивать:

- диапазон измерения давления и предел допустимой абсолютной погрешности в диапазоне рабочих температур по п.25;

- диапазон измерений скорости и пределы допустимой абсолютной погрешности в диапазоне рабочих температур по п.24;

- работоспособность при напряжении питания (48 ± 7)В;

- работоспособность при диапазоне рабочих температур от минус 40 до плюс 50°С (для блока индикации и ввода от минус 30 до плюс 40°С);

- работоспособность при диапазоне частот от 1 до 150 Гц при амплитудном значении ускорения 10 м/с.

 

Низкая информативность системы АЛСН (использование в канале связи только трех активных сигналов) и ограниченность ее функциональных возможностей обусловили необходимость дополнения действующего оборудования другими устройствами обеспечения безопасности.  В рамках Государственной программы повышения безопасности движения поездов на железных дорогах России прежние устройства заменяются на более совершенные (КЛУБ, САУТ, телеметрическую систему контроля бдительности машиниста ТС КБМ и др.), выполненные на современной микропроцессорной элементной базе.

          Комплексное локомотивное устройство безопасности КЛУБ предназначено для повышения безопасности движения в поездной и маневровой работе путем приема сигналов от путевых устройств АЛСН и АЛС-ЕН и отображению их машинисту.

     КЛУБ должен обеспечивать:

- прием информации из канала АЛСН, ее дешифрацию и индикацию машинисту;

- измерение и индикацию фактической скорости движения;

- формирование допустимой скорости движения и ее индикацию в зависимости от конструктивных особенностей локомотива и показаний путевого светофора;

- контроль скорости движения и автостопное торможение при превышении допустимой скорости движения по показаниям светофоров;

- контроль торможения перед светофором с запрещающим сигналом;

- выключение тяги при выдаче сигналов на автоматическое торможение;

- контроль бдительности машиниста;

- исключение самопроизвольного (несанкционированного) движения;

- невозможность движения при отключённом ЭПК и выключенной системе безопасности движения;

- прием сигналов режимов работы ( «поездной» или «маневровый») от органов управления локомотива, формирование и индикацию соответствующих значений допустимых скоростей движения;

- возможность проверки и тестирования аппаратуры без захода локомотива на базовое предприятие;

- сохранение контроля бдительности машиниста при неисправностях приемных катушек;

- ввод и корректировку постоянных величин, учитывающих конструктивные особенности локомотива или МВПС:

   а) конструкционная скорость;

   б) скорость проследования путевого светофора с       “желтым" сигналом;

   в) диаметр колес по кругу катания;

    г) длина участка торможения.

 

 

 

  1. Разработка структурной схемы системы, включая путевые, стационарные и локомотивные устройства.

 

 Структурная схема КЛУБ-У приведенная на рисунке   3.1. работает следующим образом:

В зависимости от направления движения и выбранной кабины управления МВПС сигналы АЛСН и АЛС-ЕН от приемных катушек КПУ-1 поступают через блок коммутации (БК-У) на блок электроники (БЭЛ-У).

Информация о фактической скорости от датчиков угла поворота ДПС, о значении давления в тормозной магистрали от датчиков давления   КРТ-1, а при наличии приемопередающего устройства цифровой радиосвязи и точечного канала связи,  дополнительная информация передается через блок БК-У в блок электроники БЭЛ-У.

 Информация о координате МВПС поступает через антенну спутниковой навигационной системы (А-СНС) сразу на блок электроники БЭЛ-У.  

В БЭЛ-У осуществляется обработка всей принятой информации, формирование значений допустимой скорости, сравнение ее с фактической, контроль бдительности и бодрствования машиниста, воздействие на клапан экстренного торможения (ЭПК-153).

Блок индикации (БИЛ-УВ) принимает обработанную информацию для индикации и регистрации ее на кассете регистрации (КР). Воздействия машиниста на рукоятки РБ, РБС отрабатываются блоком БИЛ-УВ  и поступают на блок электроники БЭЛ-У.

КЛУБ-У представляют собою набор модулей, объединённых в локальную сеть.

Часть модулей (МЦО, ИПД, БИЛ) входят в минимальную конфигурацию системы и являются обязательными для включения и работы КЛУБ-У.

Отличительной особенностью системы является открытая архитектура, позволяющая производить наращивание либо уменьшение функций в зависимости от конкретных потребностей участка ж.д.

Все модули являются равноправными с точки зрения доступа к локальной сети. Основной рабочий цикл обмена и обработки информации между модулями КЛУБ-У составляет 450...500 мс. В основном режиме работы активные модули системы циклически передают информацию о своём состоянии и результатах выполнения тестов. Минимальной единицей информации, передаваемой между взаимодействующими модулями, является сообщение. Каждое сообщение содержит обязательный 11-битовый уникальный код (идентификатор), 1-битовый признак запроса на передачу и необязательное информационное поле, размер которого не должен превышать 8 байтов (определяется применённым на канальном уровне протоколом CAN 2.0A). В качестве базовой микросхемы CAN - интерфейса использованы однокристальные CAN контроллеры.

Открытый унифицированный интерфейс всех составляющих ее модулей выполнен на основе гальванически развязанной от всех модулей дифференциальной линии - CAN интерфейс, питание которой осуществляется от отдельного источника 5 В. Схема узла сопряжения с CAN интерфейсом  входит в состав каждого  модуля  КЛУБ-У.

Для обеспечения бесконфликтного  взаимодействия с системами САУТ, ТСКБМ в состав КЛУБ-У введен блок БСИ, который обеспечивает сопряжение между сообщениями CAN - интерфейса  и входными и выходными сигналами систем САУТ, ТСКБМ.

 

С учетом  требований функциональной безопасности устройства все модули КЛУБ-У имеют в своем составе два канала обработки информации с простым аппаратным, либо программным дублированием. Весь объем  информации проходя по двум каналам обработки, поступает на безопасную схему контроля, которая воздействует на усилитель ЭПК. При нормальной работе усилитель ЭПК находится под током. Если возникает рассогласование между двумя информационными потоками ,срабатывает схема перезапуска системы схемы безопасности и при сохранении рассогласования происходит снятие питающего напряжения с усилителя ЭПК.

Питание устройств КЛУБ-У осуществляется от бортовой сети через вторичные источники питания к каждому модулю, которые осуществляют преобразование уровня напряжения бортовой сети на необходимый модулю номинал напряжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                             Структурная схема локомотивных устройств.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Разработка функциональной схемы локомотивных устройств системы автоматической локомотивной сигнализации.

Основную роль в локомотивных устройствах играет устройство цифровой обработки сигналов (УЦО), в котором выполняется вся логическая обработка информации, поступающей в систему, а также вырабатываются выходные воздействия.

УЦО состоит из двух комплектов обработки информации, при этом один из комплектов формирует выходные воздействия. В рамках конфигурации локомотивного устройства устройство цифровой обработки состоит из двух комплектов обработки информации, при этом один из комплектов формирует выходные воздействия, а второй лишь обрабатывает входную информацию, не воздействуя на выходы, то есть находится в “горячем” резерве.

На рис. 4.1 изображена функциональная схема УЦО. УЦО состоит из двух комплектов обработки, один из которых (“активный”) управляет выходами, а другой (“пассивный”) находится в “горячем” резерве (комплект 1, комплект 2).

Комплекты обрабатывают информацию асинхронно и независимо друг от друга. Входные цепи комплектов объединены, выходные цепи также объединены, при этом выходы пассивного комплекта находятся в отключенном состоянии. На функциональной схеме наличие объединения выходных и входных цепей комплектов показано включением их в “Шину объединения одноименных сигналов”. Исключение составляют сигналы от датчиков скорости, индивидуальные для каждого канала (1DS12, 1DS2 – от первого датчика; 2DS1, 2DS2 – от второго), а также выходные частотные сигналы к индивидуальным формирователям выходов управления клапаном ЭПК и контрольные входные сигналы от этих формирователей. Координация работы двухкомплектной структуры производится аппаратно посредством обмена признаками активности между комплектами (“активность 1”, “активность 2”). При инициализации один из комплектов (комплект 1) устанавливается в состояние “активный”, а второй – в состояние “пассивный”.

Сигнал “активность” управляет включением или выключением выходных цепей своего комплекта. В случае отказа активного комплекта, его признак активности снимается, переводя свои выходы в отключенное состояние и сообщая второму комплекту об отказе первого от активного состояния. При этом второй комплект, в случае его работоспособности, принимает состояние активности на себя, включая свой признак активности и подключая свои выходы к выходным цепям УЦО.

Отказавший комплект производит переинициализацию (сброс) и, в случае возврата в состояние работоспособности, через (10 – 15) с оказывается в “горячем” резерве. Возврат к его активному состоянию в этом случае может произойти лишь при отказе активного в настоящий момент второго комплекта.

Каждый из комплектов ядра системы состоит из двух ячеек:

Первая из них осуществляет подключение высоковольтных (50 В) и других внешних цепей к внутренним цепям обработчика, имеющим сигналы ТТЛ/КМОП уровней. При этом внешние и внутренние цепи гальванически развязываются.

Ячейка центрального контроллера непосредственно выполняет обработку информации, обеспечивая функционирование системы согласно технологическому алгоритму АЛС. Ячейка представляет собой построенное в соответствии с принципами безопасности устройство, являющееся совокупностью двух асинхронно работающих каналов обработки информации и схемы сравнения (схемы контроля СК), являющейся схемой с безопасными отказами (fail-safe) и контролирующей идентичность результатов работы каналов. При этом оба канала обрабатывают входную информацию и выдают результаты обработки в схему контроля, но один (канал 0) к тому же формирует выходные воздействия, а другой (канал 1) является дублером, контролирующим первый и находящимся в то же время под его контролем. Кроме того, оба канала занимаются самотестированием, и результаты тестирования также выдают в схему контроля.

Для обеспечения постоянного сравнения выходной информации каналы производят выдачу ее в схему контроля синхронно (по линиям C0..C3, CEPK и KC0..KC3, CEPK2N) в ответ на синхронно поступающие от CK запросы INTC1 и INTC2. Пока информация от каналов, выданная в СК, совпадает, СК вырабатывает частотный сигнал FЭПК, используя для этого опорный сигнал FBASE. Сигнал FЭПК далее передается в формирователь выхода ЭПК, в составе которого имеется узел контроля частоты, выключающий выход ЭПК при выходе FЭПК за пределы контрольной полосы частот. В случае несовпадения сигналов каналов схема контроля выключает сигнал FЭПК, обеспечивая при этом выключение выхода ЭПК, переводит сигнал “активность” (“ACN, AC, ACT2”) в состояние “пассивный” и вырабатывает сигнал “отказ” (“FAIL1”). Действие сигнала “активность” описано выше, а сигнал “отказ” отключает комплект от системной магистрали. Таким образом, по сигналу “отказ” комплект отключается от управления выходами, если он был активным, либо, если он был пассивным, лишается права подключиться к ним при отказе активного в настоящий момент комплекта.

Далее СК вырабатывет сигналы “сброс” (“RST1” и “RST2”), вызывающие переинициализацию каналов комплекта. Кроме выключения выхода ЭПК в случае отказа или сбоя, он может выключаться в соответствии с технологическим алгоритмом. Этим выключением управляют сигналы “CEPK1” и “CEPK2”.

В состав каналов комплекта входят:

Эти узлы подключены к шинам данных, адреса и управления микроконтроллера.

Кроме того, в каждом канале имеется:

Канал 0 выдает выходные сигналы через порты выходов и последовательный порт, подключаемые к его шинам адреса, управления и данных, а также управляет по линиям адресами A0ISO и A1ISO коммутатором последовательных интерфейсов, находящихся в ячейке подключения.

Каналы обработки имеют возможность обмениваться информацией между собой по линиям SIO1 и SIO2. Они осуществляют обмен принятой ими асинхронно входной информацией для обеспечения ее идентичности в каналах перед использованием для обработки. В случае несовпадения входных сигналов в течение заданного допустимого интервала времени каналы инициируют срабатывание схемы контроля, переводя тем самым комплект в состояние отказа.

 

 

 

                                                                                                                                                                               .                                           Рисунок 4.1

 

 

 5. Разработка технических средств организации                                       резервного радиоканала передачи данных.

АЛСР – это комплекс специализированных аппаратных средств и многоуровневого самотестируемого программного обеспечения. Локомотив оборудуется безопасным бортовым компьютером, который способен работать даже при частичном отказе компонентов, выполнен с учетом жестких требований по ЭМС, устойчив к вибрациям и ориентирован на эксплуатацию в широком диапазоне температур. Напольные устройства АЛСР состоят из миниатюрных базовых станций, увязанных с аппаратурой ЖАТ. Система позволяет определять местоположение локомотива с точностью до 1 метра при скоростях движения до 400 км/ч [5]. Вдоль полосы отвода железной дороги создается непрерывный цифровой радиоканал, обеспечивающий надежную и защищенную передачу кодированных данных АЛС, а также удаленную диагностику и мониторинг локомотивных систем, что способствует повышению безопасности и улучшению технологичности перевозочного процесса.

Система АЛСР включает в себя несколько подсистем:

Каждая подсистема может применяться как в составе АЛСР, так и автономно, расширяя функциональные возможности смежных стационарных и бортовых систем ЖАТ.

Система ТКС-Л имеет следующий состав:

Данные о состоянии систем ЖАТ снимаются с устройств сопряжения ПИРС, кодируются и передаются в радиоканал, образованный из сети радиороутеров. Локомотив, проходя границу блок-участка, регистрирует с помощью точечного канала связи факт перехода на очередной блок-участок и переключает прием на показания очередной, впередилежащей сигнальной точки. Данные декодируются на бортовом локомотивном компьютере, преобразуются в код АЛС и передаются на локомотивное устройство безопасности КЛУБ и систему автоматического управления тормозами САУТ.

Функции ТКС-Л:

Универсальный цифровой радиоканал (УЦРК) , построен на основе широкополосного стандарта передачи данных с маршрутизацией пакетов.

УЦРК образован линейно-разнесенной инфраструктурой радироутеров (радиомаршрутизаторов) и обеспечивает зону покрытия на всю полосу отвода железной дороги.

УЦРК предназначен для передачи ответственной информации на высоких скоростях, а также голосового и видеотрафика. Он выполнен с частотным и пространственным резервированием структуры и обеспечивает множественный доступ мобильных терминалов в пределах единой (выделенной) среды передачи.

Основные требования к системе радиосвязи со стороны железных дорог можно условно разделить на три группы:

1. Выполнение основных и дополнительных функций связи с заданными параметрами с целью обеспечить технологические процессы по передаче информации.

2. Обеспечение требований по безопасности движения (БД).

3. Возможность коммерческого использования.

 

Информационный вектор должен содержать следующие сведения о поезде: номер маршрута, местоположение состава, оценка состояния бортового оборудования и состояния машинистов, параметры движения, номер локомотивной бригады и т.д. Общий объем такой информации не превышает 125 бит на один состав. На каждую ремонтную бригаду отводится не менее 50бит, этот объем достаточен для передачи информации, которая может потребоваться в ходе выполнения работ. Поэтому, если предположить, что за секунду нам потребуется опросить 20 поездов и 5 ремонтных бригад, необходимый объем информации составит около3 Кбит. То есть пропускная способность системы должна быть более 3 Кбит/с. Причем такая ситуация верна для наиболее "нагруженных" направлений и очень жестких условий опроса. Для станций, находящихся на малодеятельных участках железных дорог (дежурный по станции, несколько маневровых локомотивов, 5-6 составителей),

объем передаваемой информации будет на порядок меньше. Очевидно, что в этом случае использование систем с большим количеством каналов и высокими скоростями не оправдан. Требованиям высоких показателей установления соединений, достоверности передаваемой информации, широкого спектра функций

соответствуют только системы профессиональной мобильной радиосвязи (Professional Mobile Radio).К наиболее широко известным системам этого формата относятся стандарты TETRA, APCO 25,Tetrapol. Особое место отводится  стандарту GSM-R, который разрабатывался на базе GSM с учетом требований железных дорог Европы. Более подробно мы их рассмотрим ниже.

Важнейшим показателем при выборе стандарта цифровой системы радиосвязи (ЦСР) является перспектива его развития, а именно возможность увеличения скорости передачи информации и количества абонентов при сохранении качества обслуживания.

Именно в силу этих условий к выше перечисленному перечню добавился стандарт сотовой связи CDMA.

Рассмотрим стандарт CDMA - Code Division Multiplie Access (Множественный доступ с кодовым разделением)

 

При рассмотрении возможности использования данного стандарта нажелезных дорогах России следует более подробно ознакомиться с его характеристиками и имеющимся опытом эксплуатации в России и за рубежом.

Группа стандартов CDMA коренным образом отличается от своих собратьев по сотовой телефонии и эти стандарты по праву считаются стандартами 2.5 поколения. Если FDMA (NMT, AMPS, NAMPS) и его продолжение - TDMA (GSM, DAMPS) используют набор частотных диапазонов с разделением каждого канала на временные интервалы (для TDMA) для множественного доступа абонетов к услугам сотовой сети, то в CDMA всё по-другому.

CDMA использует технологию Direct Sequence (Pseudo Noise) Spread Spectrum (прямая последовательность (псевдошум) с широким спектром). Основа DSSS - использование шумоподобной несущей, и гораздо более широкой полосы, чем необходимо для обычных способов модуляции. Хотя DSSS была изобретена ещё в 1940-е, коммерческое применение началось только в 1995 году. Причиной тому - отсутствие технологий позволяющих создавать малогабаритные приёмопередатчики использующие DSSS.

Кратко о CDMA: представьте себе узкополосный сигнал промодулированный неким потоком данных со скоростью, например 9600 бит/с. Пусть есть уникальная, повторяющаяся, псевдослучайная цифровая последовательность со значительно большей скоростью, скажем 1.25 Мбит/с. Если менять фазу узкополосного сигнала в соответствии с псевдослучайной последовательностью, то мы получим шумоподобный сигнал с широким спектром, содержащий в себе информацию. Если рассмотреть, что происходит с точки зрения частоты - то получится что информационный сигнал "расплылся" (spread) по спектру шумоподобного сигнала (pseudonoise). Теперь осталось выдать этот широкополосный сигнал в эфир.

На пути от передатчика к приёмнику к сигналу добавятся помехи и сигналы других передатчиков. Принятый и демодулированный сигнал перемножим с точной копией шумоподобного сигнала, который использовался для модуляции (здесь необходима очень высокая степень синхронизации приёмника и передатчика) и получим узкополосную составляющую с высокой энергией на единицу частоты - переданный поток данных. Так как помехи и сигналы от других передатчиков не совпадают с использованным шумоподобным сигналом, то после перемножения они ещё больше расползутся по спектру и их энергия на единицу частоты уменьшится.

Таким образом, используя разные псевдослучайные последовательности (коды) можно организовать несколько независимых каналов передачи данных в одной и той же полосе частот.

Одной из приятных особенностей CDMA сетей является возможность "мягкого" перехода от одной БС к другой (soft handoff). При этом, возможна ситуация когда одного абонента "ведут" сразу несколько БС. Абонент просто не заметит, что его "передали" другой БС. Естественно, чтобы такое стало возможным, необходима прецизионная синхронизация БС. В коммерческих системах это достигается использованием сигналов времени от GPS (Global Positioning System) американской спутниковой системы определения координат.

CDMA это практически полностью цифровой стандарт. Обычно все преобразования информационного сигнала происходят в цифровой форме, и только радиочасть аппарата является аналоговой, причём гораздо более простой, чем для других групп стандартов. Это позволяет практически весь телефон выполнить в виде одной микросхемы с большой степенью интеграции, тем самым значительно снизив стоимость телефона.

Цифровая сущность CDMA весьма располагает к использованию этой технологии для беспроводной передачи данных. В рассмотренном выше примере мы задали не очень высокую скорость, однако существующие реализации CDMA позволяют многократно увеличивать скорость передачи данных, правда, за счет сокращения ёмкости сети.

Стандарты CDMA используют более современный кодек для оцифровки речи, что субъективно повышает качество передачи аналогового сигнала по сравнению с действующими TDMA стандартами.

Из минусов CDMA можно отметить необходимость использования достаточно широкой и неразрывной полосы, что не всегда возможно в современной обстановке дефицита частотного ресурса и большую сложность реализации данной технологии в "железе"

В мире, развитие CDMA идет нарастающими темпами. Наибольшее распространение получили стандарты IS-95 ( 800 мГц ) и CDMA PCS ( 1900 мГц ). На май 2000г в 43 странах использующих CDMA насчитывалось более 57 миллионов абонентов, причём с мая 1999 количество пользователей удвоилось[6]. Исторически сложилось так, что CDMA наиболее распространён в Северной и Южной Америке и Юго-Восточной Азии. С принятием Китаем CDMA как федерального стандарта сомнений в том, что этот стандарт станет основным на нашей планете, практически не осталось.

Cтандарты CDMA изначально включали в себя функцию передачи данных и на сегодня, почти все современные CDMA телефоны способны предоставлять пользователю 14.4 Кбит/с  цифровой канал. А сама сеть использует IP протокол для передачи данных. Таким образом, CDMA уже сейчас полностью Internet-совместима. Нет проблем и с более высокими скоростями. Некоторые операторы CDMA в US уже предоставляют услуги передачи данных со скоростями до 144 Кбит/с. Кроме того, система используемая этими операторами, позволяет динамически изменять пропускную способность канала в зависимости от активности клиента и загрузки сети, тем самым оптимизируя использование ресурсов сети. По заявлениям CDMA Development Group уже сейчас достижима скорость 300 Kbps, что вплотную приближает существующие CDMA стандарты к 3-му поколению.

У CDMA гораздо меньше проблем с переходом к 3-му поколению по сравнению с TDMA системами. TIA/EIA (Telecommunication Industry Association / Electronic Industries Alliance) предолжила группу стандартов cdma2000 (IS-2000) которые являются развитием ныне действующего IS-95. Основные отличия cdma2000 от своего предшественника - большее количество диапазонов для использования в организации мобильной связи и увеличение скорости передачи данных до 1 Мбит/с на физическом уровне. Также добавлены новые протоколы для обеспечения всевозможных сервисов. Особо следует подчеркнуть требование стандарта об обратной совместимости с IS-95. Все мобильные станции cdma2000 должны работать в сетях IS-95, и соответственно все базовые станции cdma2000 должны обслуживать мобильные станции IS-95. Более того, имеется требование обеспечения handoff'а (перехода от одной соты к другой) между cdma2000 и IS-95. Таким образом, возможна незаметная для пользователя миграция сети от IS-95 к cdma2000. Также примечателен факт, что стандартом предусмотрено использование некоторых диапазонов используемых ныне старыми аналоговыми стандартами (например, Band Class 5 (NMT-450)) что даёт возможность операторам этих стандартов перейти от 1-го поколения сразу к 3-ему, постепенно отдавая участки своего диапазона под cdma2000, по мере увеличения количества абонентов пользующихся новым оборудованием. Однако даже в cdma2000 сохранена возможность работы мобильных и базовых станций в аналоговом режиме. Этот режим практически идентичен стандарту AMPS c A-Key идентификацией и предназначен для обеспечения связи там, где использование цифрового режима по тем или иным причинам невозможно.

Однако специфика железных дорог предъявляет к радиосвязи достаточно широкий круг требований, реализация которых данной технологией весьма затруднительна, а зачастую просто невозможна. Так, например, важнейшее требование к стандарту радиосвязи это выполнение функций связи при сохранении качества обслуживания для мобильных абонентов, движущихся со скоростью выше300 км/ч. Опыт эксплуатации систем CDMA показал, что при скоростях более 100 км/ч в системе отмечались сбои, приводящие к прекращению связи [7]. Далее, система не реализует прямой режим, который позволяет сохранять функции связи при выходе из строя базовых станций, соединение с групповым вызовом и т.д. Немаловажно, что технология CDMA предлагает не масштабируемую систему связи, то есть с заданным количеством каналов - ровно 64 канала.

 

Рассмотрим стандарт TETRA.

TETRA представляет собой стандарт цифровой транкинговой радиосвязи, состоящий из ряда спецификаций, разработанных Европейским институтом телекоммуникационных стандартов ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Стандарт TETRA создавался как единый общеевропейский цифровой стандарт. Поэтому до апреля 1997 г. аббревиатура TETRA означала Трансевропейское транкинговое радио (Trans-European Trunked Radio). Однако в связи с большим интересом, проявленным к стандарту в других регионах, территория его действия не ограничивается только Европой. Поэтому в настоящее время TETRA расшифровывается как Наземное транкинговое радио (TErrestrial Trunked Radio).

Стандарт TETRA разработан на основе технических решений и рекомендаций стандарта GSM и ориентирован на создание систем связи, эффективно и экономично поддерживающих совместное использование сетей радиосвязи различными группами пользователей с обеспечением секретности и защищенности информации. Особое внимание в стандарте уделено интересам служб общественной безопасности.

TETRA - открытый стандарт, т. е. предполагается, что оборудование различных производителей будет совместимо. Доступ к спецификациям TETRA свободен для всех заинтересованных сторон, вступивших в ассоциацию «Меморандум о взаимопонимании и содействии стандарту TETRA» (MoU TETRA). Ассоциация объединяет разработчиков, производителей, испытательные лаборатории и пользователей различных стран.

Разработка стандарта была начата в 1994 г. и уже в 1996 г. были представлены первые версии спецификаций стандарта TETRA.

Стандарт TETRA состоит из двух частей: TETRA V+D (TETRA Voice+Data) - стандарта на интегрированную систему передачи речи и данных и TETRA PDO (TETRA Packet Data Optimized) - стандарта, описывающего специальный вариант транкинговой системы, ориентированный только на передачу данных.

В стандарт TETRA входят спецификации беспроводного интерфейса, интерфейсов между сетью TETRA и цифровой сетью с интеграцией услуг (ISDN), телефонной сетью общего пользования, сетью передачи данных, учрежденческими АТС и т. п. В стандарт включено описание всех основных и дополнительных услуг, предоставляемых сетями TETRA. Специфицированы также интерфейсы локального и внешнего централизованного управления сетью. 

Радиоинтерфейс стандарта TETRA предполагает работу в стандартной сетке частот с шагом 25 кГц. Необходимый минимальный дуплексный разнос радиоканалов - 10 Мгц. Для систем стандарта TETRA могут использоваться несколько поддиапазонов частот. В странах Европы за службами безопасности закреплены диапазоны 380-385/390-395 МГц, а для коммерческих организаций предусмотрены диапазоны 410-430/450-470 МГц. В Азии (прежде всего в Китае) для систем TETRA используется диапазон 806-870 МГц.

В системах стандарта TETRA V+D используется метод многостанционного доступа с временным разделением (МДВР) каналов связи (TDMA - Time Division Multiple Access). На одной физической частоте может быть организовано до 4 независимых временных (информационных) каналов.

Сообщения передаются мультикадрами длительностью 1,02 с. Мультикадр содержит 18 кадров, один из которых является контрольным. Кадр имеет длительность 56,67 мс и содержит 4 временных интервала (time slots). В каждом из временных интервалов  передается информация своего временного канала. Временной интервал имеет длину 510 бит, из которых 432 являются информационными (2 блока по 216 бит).

В начале временного интервала передается пакет PA (Power Amplifier) длиной 36 бит, предназначенный для установки мощности излучения. За ним следует первый информационный блок, далее - синхропоследовательность SYNCH длиной 36 бит, после чего передается второй информационный блок. В конце временного интервала передается защитный блок длиной 6 бит, исключающий перекрытие соседних каналов.

В системах стандарта TETRA используется относительная фазовая модуляция типа p/4-DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift Keying). Скорость модуляции - 36 Кбит/с.

Для преобразования речи в стандарте используется кодек с алгоритмом преобразования типа CELP (Code Excited Linear Prediction). Скорость цифрового потока на выходе кодека составляет 4,8 Кбит/с. Цифровые данные с выхода речевого кодека подвергаются блочному и  сверточному  кодированию, перемежению и шифрованию, после чего формируются информационные каналы. Пропускная способность одного информационного канала составляет 7,2 Кбит/с, а  скорость цифрового информационного потока данных  - 28,8 Кбит/с. (При этом общая скорость передачи символов в радиоканале за счет дополнительной служебной информации и контрольного кадра в мультикадре соответствует скорости модуляции и равна 36 Кбит/с.)

Спецификация стандарта TETRA не накладывает ограничений на архитектуру сети связи. Благодаря модульному принципу построения  могут быть реализованы  разнообразные конфигурации сетей связи с  различной географической протяженностью.

Сети стандарта TETRA предполагают распределенную инфраструктуру управления и коммутации, обеспечивающую быструю передачу вызовов и сохранение локальной работоспособности системы при отказе ее отдельных элементов. Основными элементами сетей TETRA являются  базовые и мобильные станции, устройства управления базовыми станциями, контроллеры базовых станций, диспетчерские пульты, терминалы технического обслуживания и эксплуатации. Функции сетевого обслуживания и межсистемного взаимодействия определяются следующими специфицированными интерфейсами :

Для увеличения зон обслуживания в стандарте TETRA предусматривается возможность использования абонентских радиостанций в качестве ретрансляторов. Система стандарта TETRA может функционировать в следующих режимах:

В системах стандарта TETRA  мобильные станции могут работать в т. н. режиме «двойного наблюдения» («Dual Watch»), при котором обеспечивается прием сообщений от абонентов, работающих как в режиме транкинговой, так и прямой связи.

Эта система поддерживает 2 основных вида информационного обмена:

При этом речь и данные могут передаваться одновременно с одного терминала по различным логическим каналам.

Для передачи речи используются службы речевой связи, обеспечивающие следующие режимы:

- речевая связь с индивидуальным вызовом абонентов (коммутируемое двухточечное соединение между двумя мобильными абонентами или между мобильным абонентом и стационарным терминалом для обеспечения прямой двухсторонней связи в режиме дуплекса или двухчастотного симплекса);

- многосторонняя речевая связь, предполагающая групповой вызов абонентов (коммутируемые многопунктовые двунаправленные соединения между вызывающей стороной и несколькими вызываемыми абонентами при использовании симплексного режима связи);

- циркулярная связь с широковещательным вызовом (односторонняя передача речевой информации от вызывающей стороны нескольким вызываемым абонентам).

В стандарте описываются следующие виды передачи данных:

Стандарт TETRA обеспечивает два уровня безопасности передаваемой информации:

Средства защиты радиоинтерфейса стандарта TETRA включают механизмы аутентификации абонента и инфраструктуры, обеспечения конфиденциальности трафика за счет потока псевдоимен и специфицированного шифрования информации. Определенная дополнительная защита информации обеспечивается возможностью переключения информационных каналов и каналов управления в процессе ведения сеанса связи.

Более высокий уровень защиты информации является уникальным требованием специальных групп пользователей. Сквозное шифрование обеспечивает защиту речи и данных в любой точке линии связи между стационарными и мобильными абонентами. Стандарт TETRA задает только интерфейс для сквозного шифрования, обеспечивая тем самым возможность использования оригинальных алгоритмов защиты информации.

Рассмотрим  стандарт  GSM-R.
Технология GSM-R позволяет перевести поездную и маневровую радиосвязь на новую мощную унифицированную цифровую системную платформу. Она обеспечивает оптимальное покрытие обслуживаемой зоны, высокие эксплуатационную готовность и надежность, реализует интегрированные алгоритмы для обмена информацией с высокоскоростными поездами. Результатом ее внедрения на железной дороге станет повышение эффективности железнодорожных перевозок. Новая цифровая сеть радиосвязи обладает рядом преимуществ, которые позволяют упростить обмен информацией, повысить качество обслуживания абонентов и уровень безопасности. Сеть реализует интеллектуальные функции и поддерживает большой набор услуг телефонной связи и передачи данных. Например, поддерживается групповой и широковещательный вызов, приоритеты вызовов, прерывание разговора при поступлении срочного вызова с высоким приоритетом (например, в случае чрезвычайной ситуации), что способствует усилению безопасности на железнодорожном транспорте. Кроме того, поддерживается функциональная адресация, причем функциональные единицы (например, машинист локомотива или проводник) могут быть вызваны независимо от их конкретного абонентского номера. Кроме того, GSM-R позволяет отказаться от нескольких параллельных сетей радиосвязи. GSM-R интегрирует разные службы и делает ненужной сложную структуру, характерную для аналоговых сетей. Кроме того, технология GSM-R позволяет обеспечить беспрерывную связь машиниста с диспетчером при скорости подвижного состава до 350км/ч за счет использования нового высокоскоростного эквалайзера. А в лабораторных условиях связь обеспечивалась и при скорости 500км/ч [2]. Таким образом, данная технология позволяет снять один из основных барьеров на пути создания сверхвысокоскоростных поездов. Потенциал GSM-R не ограничивается телефонной связью. Технология GSM-R, как и GSM, интегрируется с GPRS для предоставления услуг на основе пакетной коммутации. Благодаря этому возможно в режиме реального времени получать телеметрическую информацию с любого локомотива, любой станции или перегона дороги. Информация о местоположении и скорости поезда будет передаваться по сети GSM-R в центр управления, что позволит полностью автоматизировать процесс регулирования движения поездов. Применение такой системы в пассажирском комплексе многократно повысит безопасность пассажирских перевозок. Появляется также возможность во время движения поезда передавать в соответствующие пункты управления разнообразную поездную информацию, например об износе тормозов и температуре в рефрижераторных и топливных вагонах, о состоянии сцепления вагонов. Это позволит существенно сократить затраты времени на техническое обслуживание и маневровую работу.
Хоть технология GSM-R еще сравнительно молода и только набирает обороты, но у нее уже сформировался свой рынок и ряд компаний предлагают свое оборудование для данной технологии. Компания Siemens при этом удерживает лидерство, что, учитывая успех GSM-проектов компании, высочайшее качество и надежность ее оборудования, не вызывает удивления.
Первый коммерческий контракт на поставку GSM-R Siemens заключил в Швеции в 1998 году, а в июле 2000 года началась коммерческая эксплуатация системы GSM-R в Швеции (Орезунд) [6]. Стоит отметить, что это был первый полномасштабный проект в мире. Кроме того, на базе оборудования Siemens были построены крупные сети в Италии, Швейцарии, Бельгии, Финляндии, Норвегии и других странах. В настоящий момент в Европе функционирует 9 коммерческих сетей на базе оборудования Siemens, и около 10 сетей строятся или запущены в тестовую эксплуатацию.

В России работы по переходу на унифицированную цифровую связь применительно к железным дорогам до недавнего времени велись на уровне пилотных систем и опытных зон.
В отличие от Европы, окончательный выбор в пользу той или иной системы до сих пор не сделан, хотя еще в 2000-2001 годах некоторые представители МПС заявляли о том, что вероятнее всего чаша весов склонится в пользу GSM-R.
В 2001 году был создан опытный участок в районе Екатеринбург - Камышлов протяженностью 153 км. Было развернуто две сети: GSM-R и TETRA. Поставщиками оборудования выступили Siemens (GSM-R) и Rode & Schwarz (TETRA). По результатам проведенных испытаний российские технические эксперты пришли к выводу, что обе системы имеют право на жизнь и у каждой есть свои преимущества и недостатки. Если говорить об экономике, то масштабное решение на базе TETRA может оказаться более затратным, нежели развертывание системы GSMR. В настоящий момент проект по развертыванию полномасштабной коммерческой сети GSM-R на базе оборудования компании Siemens в Калининградской области вступил в финальную стадию. В данный момент идет строительство фрагмента сети на участке Нестеров - Калининград - Балтийск протяженностью 195 км. Осуществляется монтаж 16 базовых станций, коммутатора подвижной связи и другое необходимое оборудование. И ожидается, что в конце осени сеть будет сдана в эксплуатацию [5].
Однако, развитию технологии GSM-R в России мешает одно существенное препятствие – получение частотного диапазона. Как известно, существуют большие проблемы с нехваткой частот в диапазоне 900 МГц. Большинство частот занято общественными операторами, ряд частот занят под различные системы навигации, ряд частот военными а, некоторые просто зарезервированы. Поэтому пока для GSM-R частот нет. Большие надежды здесь связываются с проектом по гармонизации частот с Европой, о котором уже давно говорят в Министерстве связи. Поиск решений по данному вопросу ведется, но пока нет никакого конкретного результата. В сторону какой технологии ж/д. радиосвязи склонится окончательный выбор - пока что неясно, но для успешного взаимодействия с европейскими соседями российским железнодорожникам, вероятно, рано или поздно придется задуматься над тем или иным вариантом реализации GSM-R. Ведь помимо большинства стран Европы, которые или ввели, или в ближайшем времени планируют строительство сети GSM-R, интерес к данной технологии испытывают и наши ближайшие соседи из стран СНГ.

В таблице 5.1 приведены сравнительные характеристики стандартов GSM-R, TETRA, CDMA по требованиям, которые являются основополагающими для железно дорожной радиосвязи.                                   

 

1

    2

 3

          4

Стандарты   передачи                          данных.

 

 

GSM-R 

                       

 

     TETRA

                            

 

 

        CDMA

 

   Требования к стандартам

                                                    

                          

 

                                            Основные параметры системы.

Время установления соединения.

   Более 1.5 с.

       0,3-0,5с.

    Более 1.5 с.

Требуемое отношение сигнал/шум.

       12Дб.

9Дб.

5Дб.

Время передачи соединения.

  1. 4с.
  2. 4с.
 

    Нет данных

Максимальная скорость передачи информации 125кГц.

  1. 6 Кбит/с.

     38 Кбит/с.

  1. 4 Кбит/с.

Вероятность успешной передачи соединения.

  1. 895
  2. 895
 

  Очень высокая.

Максимально допустимая скорость подвижного абонента

при сохранении качества обслуживания.

     500 км/ч

      400 км/ч

       100 км/ч

Минимальный масштаб системы, кокл-во каналов.

8

4

64

Частотная эффективность.

    25Кгц/канал

  1. 6 Кгц/канал

    25Кгц/канал

                                                Основные функции связи

Индивидуальный вызов.

Да.

Да.

Да.

                                                                                                          Таблица 5.1

     Сравнительные характеристики стандартов GSM-R,TETRA,CDMA.

 

 

 

 

 

 

 

                                                                              Продолжение таблицы №5.1

                                     1

2

3

4

Групповой вызов.

Да.

Да.

Нет.

Широковещательный вызов.

Да.

Да.

Нет.

Передача данных с коммутацией каналов.

Да.

Да.

Нет.

Передача данных с коммутацией пакетов.

Нет.

Да.

Да.

Передача пакетов данных с коммутацией каналов.

Нет.

Да.

Да.

                                                       Сетевые функции

Организация виртуальных сетей связи.

Нет.

Да.

Нет данных.

 

Интеграция с сетями ISDN.

Да.

Да.

Да.

Интеграция ч ТФОП.

Да.

Да.

Да.

Приоритетный доступ.

Да.

Да.

Нет данных.

Исключительный приоритет.

Да.

Да.

Нет.

Подключение абонента к уже установившемуся соединению.

Нет.

Да.

Нет.

Прямой режим (связь вне инфраструктуры сети).

Нет.

Да.

Нет.

 

Исходя из всего выше – сказанного  о различных стандартах передачи данных  и проанализировав их,  считаем, что для организации резервного радиоканала передачи данных в данном дипломном проекте, наиболее подходит стандарт GSM-R, потому как эта система обеспечивает оптимальное покрытие обслуживаемой зоны, высокие эксплуатационную готовность и надежность, реализует интегрированные алгоритмы для обмена информацией с высокоскоростными поездами. GSM-R унаследовал от гражданской GSM благоприятный "эффект масштаба" и оказался наиболее рентабельным для организации радиоканала.

Для организации радиоканала по стандарту GSM-R необходимы различные технические средства, и в частности надо подобрать модем. Существует множество GSM модемов, рассмотрим вариант построения цифрового радиоканала передачи данных с использованием модема Eurotech COM-1289, который представляет 12-канальный GPS-приемник и трехдиапазонный GSM/GPRS-модем с низким энергопотреблением стандарта PC/104.

 

 

Eurotech COM-1289 объединяет в одном модуле стандарта PC/104 беспроводной сотовый модем GSM/GPRS (опционально - GSM-R) и приемник GPS с малым энергопотреблением. Отличающаяся низким энергопотреблением плата с  интегрированной телематикой является идеальным выбором для встроенных компьютерных приложений, нуждающихся в GPRS-роуминге для трех континентов и точном позиционировании GPS.

Стандартную SIM-карту можно установить во встроенный запирающийся держатель или во внешний адаптер.

COM-1289 оснащается 12-канальным GPS-приемником Fastrax iTrax03 и GSM/GPRS-модемом Siemens MC55, или (опционально) GSM-R-модемом Selex RGM101. GSM-R широко используется в  железнодорожных системах в Европе и Азии. 

 Технические характеристики:                                     

Основные характеристики:     GPRS-модем Siemens MC55 900/1800/1900 МГц (или, опционально: Selex RGM101 GSM-R с встроенным или внешним интерфейсом SIM-карты). 12-канальный GPS-приемник Fastrax iTrax03 с малым энергопотреблением, протоколами NMEA и Binary, антеннами +3,3В, 2 свободных последовательных порта  RS-232/RS422/RS485 (16C550), 2 последовательных порта используются GPRS-модемом и GPS-приемником. Аудиопорт для подключения головной гарнитуры. Два светодиодных индикатора показывают статус GPS. Настройка без использования переключателей (адреса и IRQ). Настроечные данные хранятся в энергонезависимой памяти EEPROM. Доступны стартовые наборы антенн.

Основные характеристики GPS:       12-канальный GPS-приемник Fastrax iTrax03 с низким энергопотреблением. Частота L1, код C/A (SPS).Частота обновления: 1 Гц (пользователь может установить частоту до 3 Гц). Точность позиционирования 1,2 м (CEP95); скорость 0,1 м/с; время (среднеквадратическое значение) 20нс (статичный режим); время возобновления режима  местоопределения: 100 мс (типичное). Чувствительность слежения: -156 дБм. Поддерживаются +3,3В активные и пассивные внешние антенны. Протоколы: NMEA-0183 и проприетарный бинарный протокол iTalk.

Основные характеристики GPRS:    Siemens MC55 900/1800/1900 МГц. Встроенный или внешний интерфейс SIM-карты (3 В). Скорость загрузки данных через GPRS до 85,6 кБ/с. 14,4 кБ/с передача данных в сетях GSM, группа 3, класс 2 факсимильная связь. SMS и SMS-CB. Мобильная станция GPRS class B и GPRS multi-slot class 10.Совместим с WAP и MMS. Выходная мощность class 4 (2 Вт) при 900 МГц и class 1 (1 Вт) при 1800/1900 МГц.

Основные характеристики GSM-R:  Модуль Selex RGM101 GSM-R.Встроенный или внешний интерфейс SIM-карты (3 В).

Характеристики GPRS: Multi-slot: 4+1 максимум (class8); кодирование: CS1, CS2, CS3, CS4. Выходная мощность: class 4 (2 Вт) GSM-R; class 1 (1 Вт) DCS.Чувствительность: -102 дБм. Полоса частот:

- UIC: UPLINK (МГц) 876 - 880, DOWNLINK (МГц) 921 – 925;

- E-GSM: UPLINK (МГц) 880 - 915, DOWNLINK (МГц) 925 – 960;

- DCS: UPLINK (МГц) 1710 - 1715, DOWNLINK (МГц) 1805 – 1880;

Опции: конформное покрытие; радиомодем GSM-R Selex RGM101.RoHS:          Отвечает требованиям директивы RoHS (2002/95/CE). Разъемы для подключения антенн GPS и GSM.  

Размеры:     90 x 96 мм (3.6" x 3.8").Высота:      15 мм (0.6").Питание:   +5 В ±5%.Энергопотребление:    1,1 Вт (простой); 3,2 Вт (пиковое).

 

КЛУБ имеет COM порт и соответственно с помощью данного модема может быть реализован резервный радиоканал передачи данных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Расчёт надёжностных характеристик локомотивных устройств АЛС.

Под надежностью понимается свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого времени или требуемой наработки.

Все количественные характеристики надежности имеют вероятностный характер, так как являются случайными событиями, определение вероятностных (теоретических) характеристик является сложной задачей.

При оценке надежности нового изделия используют характеристики надежности определенных элементов, которые известны по результатам предыдущих испытаний.

Основным способом повышения надежности является: использование высоконадежных комплектующих и конструктивных элементов, способов монтажа с низкой интенсивностью отказов электрических соединений, повышения интеграции элементов схем, защита элементов от внешних воздействий, использование резервирования.

Анализ дублированной структуры, нашедшей применение при разработке локомотивных устройств автоматики и телемеханики, проводится при следующих допущениях:

Дублированная структура состоит из двух комплектов, один из которых активный, а другой пассивный, но находится в горячем резерве. Каждый комплект состоит из двух каналов обработки информации и схемы контроля. В процессе нормальной работы аппаратура контроля осуществляет непрерывный контроль работоспособности дискретных устройств за счет сравнения выходных сигналов от комплектов.

В случае если произошел отказ в активном комплекте, то управление переходит к пассивному комплекту обработки информации, который становится активным, а отказавший комплект перезапускается. Если после перезапуска комплект переходит в состояние работоспособный, то он становится резервным. Если же отказавший комплект не проходит тестирование, то есть является неисправным, то он отключается, а выходные сигналы выдаются с оставшегося комплекта. Если в дальнейшем произойдет отказ и второго комплекта, то наступает состояние, которое называется полный отказ системы.

Рассматриваемая схема может находиться в одном из 14 работоспособных состояний, приведенных в таблице 6.1. Считаем, что отказ в любом из дискретных устройств может произойти с интенсивностью , а в любой схеме контроля .

 

                                                                                                         Таблица 6.1

                Работоспособные состояния дублированной структуры

по порядку

              Шифр состояния

Состояние

1 комплект

2 комплект

Х1

Х2

СК

X1

X2

СК

1

2

3

4

5

6

7

8

1

1

1

1

1

1

1

Все исправно

2

0

1

1

1

1

1

Неисправен 1 канал в 1

 

 

 

 

 

 

 

 

      комплекте

3

1

0

1

1

1

1

Неисправен 2 канал в 1 комплекте

4

1

1

0

1

1

1

Неисправна СК в 1 комплекте

5

1

0

0

1

1

1

Неисправен 2 канал и СК в 1 комплекте

                                                                               Продолжение таблицы 6.1

 

6

0

1

0

1

1

1

Неисправен 1 канал и СК в 1 комплекте

7

0

0

1

1

1

1

Неисправен 1 и 2 канал в 1 комплекте

8

0

0

0

1

1

1

Неисправен 1 комплект

9

1

1

1

0

0

0

Неисправен 2 комплект

10

1

1

1

0

0

1

Неисправен 1 и 2 канал во 2  комплекте

11

1

1

1

0

1

0

Неисправен 1 канал и СК во 2 комплекте

12

1

1

1

1

0

0

Неисправен 2 канал и СК во 2 комплекте

13

1

1

1

1

0

1

Неисправен 2 канал во 2 комплекте

14

1

1

1

1

1

0

Неисправна СК во 2 комплекте

 

 

 

 

Для описания процесса функционирования системы при помощи непрерывного марковского процесса следует задать матрицу интенсивности переходов  и вектор начальных вероятностей . Чтобы определить показатели надежности данной системы достаточно найти вектор вероятностей состояний . По матрице интенсивности переходов составим систему дифференциальных уравнений:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

Объект контроля выполняет свои функции, находясь в одном из состояний “0”, “1”,…, “14”. Поэтому вероятность его безотказной работы определяется суммированием вероятностей , ,…, , которые находятся из системы уравнений.

Преобразуем эту систему по Лагранжу при следующих начальных условиях , .

Анализ полученной системы уравнений показывает, что , , , , .

Тогда вероятность безотказной работы определяется выражением:

;

для оригиналов:

;

,

,

,

,

,

после

подстановки имеем:

 .

Для выяснения зависимости вероятности безотказной работы дублированной схемы  составим программу вычисления  при разных значениях  по формуле:

,

где  время эксплуатации в часах;

      интенсивность отказов схемы контроля ();

      интенсивность отказов микро-ЭВМ.

Расчет производится по формуле:

,

где  интенсивность отказов i-того элемента схемы.

Результаты расчета приведены в таблице 6.2.

Тогда

 

 

 

                                                                                                       

 

 

 

 

                                                                                                           Таблица 6.2

                       Интенсивность отказов элементов микро-ЭВМ

Наименование элемента схемы

Интенсивность отказов , 1/час

1

2

БИС – 1 шт.

0,1×10-6

Пайка-36шт.

0,0213×10-6

К555 – 21 шт.

2,1×10-6

R – 3 шт.

0,03×10-6

Разъем – 3 шт.

6×10-6

 

По полученным значениям построена диаграмма, показанная на рис. 6.1.

По полученным данным можно определить время безотказной работы системы. На практике его определяют при значении , тогда .

Вычислим количество лет. При средней эксплуатации системы 20 часов в сутки получим:

55000/20=2750 дней или это равно 7,53 лет, что удовлетворяет эксплуатационным требованиям (2 года).

 

 

                    

Pлуэкс)

 

Рлу

 

Тэкс, час

 

 

                                                                  Рис. 6.1

 

 

 

 

 

 

           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  7.Технико-экономическое обоснование разработки автоматической локомотивной сигнализации с использованием резервного радиоканала передачи данных.

В условиях ускорения научно-технического прогресса еще более усложняется процессы организации выполнения различных комплексов работ. В этих условиях необходимо шире применять научно обоснованные методы для решения сложных задач управления. Одним из них является метод сетевого планирования и управления (СПУ), нашедший широкое применение во многих отраслях промышленности и транспорта, а также в организации научных работ.

При разработке системы СПУ широко использованы положения таких областей математики, как теория графов и теория вероятностей. Основой системы является построение сетевой модели, которая отображает планируемый процесс и позволяет путем расчета определить оптимальный вариант его исполнения. За последние годы, как в нашей стране, так и за рубежом разработано много разновидностей методики СПУ, но каждую из них можно использовать с наибольшим экономическим эффектом лишь для решения определенного круга конкретных задач. Применяемая методика должна учитывать специфику данной отрасли производства.

В хозяйстве сигнализации и связи выполняется целый ряд работ, в организации которых можно эффективно использовать СПУ. Обобщение опыта применения СПУ и изучение условий работы позволили выявить особенности сетевого планирования в дистанциях сигнализации и связи, а также определить наиболее целесообразную его методику.

Для правильного использования сетевого планирования необходимо четко представлять себе, что СПУ – это не только средство составления плана, но и система организационно-технических мер, позволяющих наиболее эффективно осуществить комплекс запланированных работ, начиная с проектирования и кончая его завершением.

При внедрении системы СПУ необходимо предусмотреть решение следующих задач: подготовку к разработке системы – изучение ее принципов и определение организационной структуры подразделений, которые будут осуществлять руководство работами; выполнение работ на стадии планирования – разработка сетевой модели, расчет ее временных параметров, оптимизация ресурсов; определение работ стадии оперативного управления – выбор способов организации управления объектом по сетевому графику, в ходе которых возможны корректировка модели и пересчет ее параметров.

Все перечисленные задачи, связанные с использованием СПУ, можно разделить на два основных этапа: планирование и управление. На первом этапе осуществляется подготовка и планирование системы, на втором – оперативное управление ходом выполнения работ. В период подготовки к внедрению весь персонал, участвующий в применении системы СПУ, должен изучить принципы ее использования. Для этой цели специально разработаны Инструктивные указания по применению методов СПУ в дистанциях сигнализации и связи. Наиболее сложными и трудоемкими являются работы, связанные с построением и расчетом сетевой модели.

При необходимости в сетевую модель как дополнительный элемент вводят фиктивную работу для обозначения необходимой взаимосвязи некоторых событий. Фиктивная работа не требует ни затрат времени, ни ресурсов. Понятие событие означает определенное состояние комплекса работ в процессе его выполнения. Событие является результатом выполнения одной или нескольких работ, который обеспечивает возможность начала последующих за ним работ. Любая последовательность взаимосвязанных работ и событий составляет путь на сетевой модели.

Расчет сети следует рассматривать как переработки входной информации (перечня работ, исполнителей и времени, необходимого для выполнения работы), которая имеется перед началом планирования, в новую выходную информацию, необходимую для управления комплексом работ. Чтобы осуществить единообразие в обозначениях, в методике СПУ принято, рассматривая любую работу на сетевой модели, предшествующее ей событие обозначать индексом i, последующее – индексом j, а время совершения самой работы – tij

Исходные данные для составления сетевого графика: перечень и логическая последовательность работ и событий, исполнители и установленная продолжительность работ приведены в таблице 7.1.

 

                                                                                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                        Таблица 7.1

Исходные данные для составления сетевого графика на разработку, проектирование и изготовление макета комплексной системы автоматической локомотивной сигнализации

 

Шифр работы

Наименование работы

Исполнитель

Продолжительность, дни

1

2

3

4

1-2

Ознакомление с заданием

нач.отд.

28

2-3

Составление технического задания

СНС

34

3-4

Разработка функциональной схемы

инж.1 кат.

28

3-6

Разработка структурной схемы

ВНС

26

4-5

Разработка принципиальной схемы

ВНС

59

4-8

Проведение оптимизации параметров

ведущий инж.

62

5-8

Разработка и изготовление

эл.-мех.

74

 

Макета

 

 

6-7

Разработка алгоритма управляющей программы

СНС

43

7-8

Разработка отладочной программы

инж.1 кат.

25

8-9

Отладка макета

СНС

77

8-10

Отладка программы

инж.1 кат.

59

9-11

Проведение заводских испытаний

СНС

50

10-11

Проведение эксплуатационных испытаний

ВНС

91

11-12

Корректировка технического задания

нач.отд.

17

 

Сетевой график на разработку, проектирование и изготовление макета комплексной системы автоматической локомотивной сигнализации показан на рис. 7.1.

 

 

                                                                      Рис. 7.1

 

Одним из основных параметров сетевого графика является полный путь – это путь от исходного события до завершающего. В сетевом графике может быть несколько полных путей, что характеризует параллельное ведение нескольких работ. Путь, имеющий наибольшую длину, называется критическим. Критический путь – главный временной параметр сетевого графика. Другими временными параметрами сетевого графика являются ранние и поздние сроки наступления событий, ранние и поздние сроки начала и окончания работ, резервы времени для событий и работ.

Формулы для расчета параметров сетевого графика:

- поздний срок наступления события:

,                                       (7.1)

где  критический путь (путь максимальной продолжительности);

       максимальный путь от данного до конечного события;

- ранний срок наступления события:

,                                         (7.2)

где  максимальный путь от исходного до данного события;

- резерв времени события:

;                                             (7.3)

- pанний срок начала работы:

;                                                (7.4)

- ранний срок окончания работы:

,                                           (7.5)

где  продолжительность работы ;

- поздний срок начала работы:

;                                            (7.6)

- поздний срок окончания работы:

;                                              (7.7)

- полный резерв времени работы:

;                               (7.8)

- свободный резерв времени работы:

.                                 (7.9)

Рассчитанные значения по формулам (7.1) – (7.9) приведены в таблицах 7.2 и 7.3.

                                                                                                            Таблица 7.2

                                            Параметры событий графика

Событие

1

0

0

0

2

28

28

0

3

62

62

0

4

90

90

0

5

149

149

0

6

88

155

67

7

131

198

67

8

223

223

0

9

300

323

23

10

282

282

0

11

373

373

0

12

390

390

0

 

                                                                                                            Таблица 7.3

                                               Параметры работ графика

Шифр работы

1

2

3

4

5

6

7

8

1-2

28

0

0

28

28

0

0

2-3

34

28

28

62

62

0

0

3-4

28

62

62

90

90

0

0

3-6

26

62

129

88

155

67

0

4-5

59

90

90

149

149

0

0

4-8

62

90

161

152

223

71

71

5-8

74

149

149

223

223

0

0

6-7

43

88

155

131

198

67

0

7-8

25

131

198

156

223

67

67

8-9

77

223

246

300

323

23

0

8-10

59

223

223

282

282

0

0

9-11

50

300

323

350

373

23

23

10-11

91

282

282

373

373

0

0

11-12

17

373

373

390

390

0

0

 

При получении больших резервов времени следует выполнить оптимизацию сетевого графика.

При определении себестоимости разработки учитываются следующие статьи расходов: основная заработная плата персонала, непосредственно занимающегося разработкой; дополнительная заработная плата; отчисления на социальные нужды; накладные расходы; прочие расходы.

Основная заработная плата определяется по затратам труда, установленным на основе сетевого графика:

,                                          (7.10)

где  должностной оклад работника, руб/месяц;

     трудоемкость работ, чел.-часы;

       среднемесячное за год количество рабочих часов, час (при 8-ми часовом рабочем дне и 5-ти дневной рабочей неделе).

Расчет основной заработной платы персонала сведен в таблицу 7.4.

Таблица 7.4

Расчет основной заработной платы персонала

Исполнитель

,

руб

чел-дни

чел-часы

в месяц

в час

Нач.отдела

45

360

47500

286,1

103012,05

ВНС

176

1408

45000

271,1

381686,75

СНС

204

1632

42500

256

417831,33

Вед.инж.

62

496

37500

225,9

112048,19

Инж.1 кат.

112

896

34000

204,8

183518,07

Электромех-к

74

592

30000

180

106987,95

Итого:

673

5384

-

-

1305084,34

 

Дополнительная заработная плата для оплаты отпусков, времени выполнения государственных и общественных обязанностей планируется в размере 10% от основной заработной платы.

Отчисления на социальные нужды (страховые взносы в пенсионный фонд и фонд занятости) планируются в размере 34% от основной и дополнительной заработной платы.

В состав накладных расходов включаются затраты на содержание административно-управленческого персонала, на содержание и эксплуатацию оборудования и др. Эти расходы принимаются в размере 25% от основной и дополнительной заработной платы.

В состав прочих расходов входят расходы на приобретение литературы, канцелярских товаров и т.д. Их принимают равными 5% общего ФОТ.

Расчет калькуляции себестоимости разработки приведен в таблице 7.5.

                                                                                                        Таблица 7.5.

                           Калькуляция себестоимости разработки

Наименование статьи расходов

Расходы

руб.

%

Основная заработная плата

1305084,34

56

Дополнительная заработная плата

130508,43

5

Отчисления на социальные нужды

488101,54

21

Накладные расходы

358898,19

15

Прочие расходы

71779,63

3

Итого:

2354372,13

100,0

 

Из таблицы 7.5 следует, что наибольшая доля расходов при разработке системы приходится на оплату труда научно-технического персонала. Поэтому в целях экономии материальных средств и снижения себестоимости разработок необходимо сокращать сроки разработки и более рационально использовать трудовые ресурсы.

При оперативном управлении работами с применением СПУ необходимо вести постоянный контроль за фактическим ходом операций, выявлять и анализировать изменения в состоянии комплекса работ, формировать и реализовывать решения, обеспечивающие наиболее эффективное достижение целей. Для этого надо организовать четкую систему управления работами. Надежность этой системы будет зависеть от оперативности поступления и качества информации о ходе работ. Руководители работ должны обеспечить успешное выполнение сетевого графика, а если потребуется, и своевременную, рациональную его корректировку.

На стадии управления работами важно иметь сетевой график, составленный в календарной форме. Для этого, используя результаты расчетов, перестраивают первоначальную сетевую модель в масштабе времени. Внизу графика вычерчивают равномерную шкалу времени, а события располагают в соответствии с ранними параметрами . Такая форма графика очень наглядна, на ней хорошо видны свободные резервы работ (они показываются пунктиром), что очень помогает рационально использовать ресурсы. На стадии управления назначается один ответственный исполнитель, который следит за регулярным поступлением информации о ходе работ. Он должен хорошо знать технологию работ, чтобы своевременно дать квалифицированные рекомендации руководителям при необходимости корректировки сетевого графика.

На практике часто ограничиваются составлением сетевого графика, пренебрегая четкой организацией работ на стадии управления. Обычно в результате таких ошибок эффективность применения СПУ резко снижается. Смысл рационального применения СПУ – в системном подходе к организации работы, который предусматривает организационную систему, объединяющую две стадии (планирование и управление) в единый комплекс.

Можно выделить следующие преимущества, которые необходимо реализовать при внедрении СПУ. Построение  сетевой модели позволяет полнее учитывать связи между отдельными работами, а, следовательно, эффективнее изыскивать резервы и использовать имеющиеся ресурсы уже на стадии исходного планирования. При этом обеспечивается возможность обоснованного прогнозирования сроков окончания работ. Неопределенности в оценке времени выполнения работ могут быть своевременно установлены и устранены. Выявление критического пути на модели позволяет сконцентрировать внимание руководителей на наиболее напряженных по времени работах. Установление в графике промежуточных целей и сроков исполнения (по событиям) дает возможность более успешно контролировать работу технического персонала и стимулирует ход выполнения отдельных операций. Заранее рассчитанный график, как правило, препятствует реализации необоснованных решений, так как любой вариант решения может быть сначала рассчитан, а осуществлен лишь в случае получения положительного эффекта при сравнительных расчетах.

Возможность своевременного использования ресурсов и планомерного перераспределения их, четкие планирование и организация работ, а также удобство проверки исполнения обеспечивают минимизацию расходов и наибольшую технико-экономическую эффективность при осуществлении комплекса работ. Организация работ по внедрению СПУ должна обеспечивать реализацию каждого из отмеченных преимуществ. Опыт показывает, что применение методов СПУ дает возможность значительно снизить издержки производства. Можно привести много примеров, когда применение СПУ позволило существенно (до 10%) снизить стоимость выполнения работ и резко повысить производительность труда.

Несмотря на сравнительную простоту методов СПУ, внедрение их в производство требует проведения большой подготовительно-организационой работы. Поверхностное, поспешное отношение к применению сетевых методов планирования и управления неминуемо приводит к их дискредитации и провалу работы. Поэтому большое значение имеет изучение методов СПУ всеми категориями работников.

Экономическая эффективность разработки автоматической локомотивной сигнализации с использованием резервного радиоканала передачи данных заключается в небольшом сроке окупаемости капиталовложений, сокращении штата эксплуатационного персонала, а также сокращении времени и затрат на ремонт оборудования.

Внедрение системы АЛСР способствует повышению пропускной способности линий железной дороги без снижения безопасности перевозок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Безопасность жизнедеятельности.
  2. 1 Безопасность персонала при обслуживании автоматической локомотивной сигнализации с использованием резервного радиоканала передачи данных
  3. 1.1.Эксплутационно-технические характеристики            системы  

В данном дипломном проекте разрабатывается комплексная система автоматической локомотивной сигнализации на основе микропроцессорной техники. Данная система устанавливается на локомотиве и предназначена для облегчения работы машиниста по ведению поезда.

Система АЛС питается от бортовой сети локомотива напряжением 50, 75, 110 В. Она предназначена для работы в условиях вибрации и пыли, а обслуживанием и ремонтом системы занимаются работники локомотивного депо. В данную систему, кроме информационных устройств, входят устройства контроля бдительности машиниста, так как безопасность движения зависит в первую очередь от локомотивной бригады и, прежде всего, от состояния и внимания машиниста и помощника.

К основным организационным мерам, отражающим специфику работ в электроустановках, относятся:

К основным техническим мерам, направленным на обеспечение безопасности обслуживающего персонала при эксплуатации и ремонте электрооборудования относят заземление металлических частей и установок, нормально не находящихся под током, зануление, схемы защиты обслуживающего персонала и аппаратуры от перенапряжений и изоляцию токоведущих частей.

  1. 1.2. Требование к персоналу , режим работы, квалификация

Режимы труда. Для обслуживания устройств, применяются следующие режимы работы:

Посменный режим - предполагает организацию работы в утреннюю, вечернюю. и ночную смены. Режим используется на предприятиях транспорта для  электромехаников, занятых в перевозочном процессе.

Недельный режим предусматривает определенное количество рабочих дней в неделю: пятидневную рабочую неделю с двумя выход­ными днями или шестидневную с одним выходным днем. Недельный режим применяется для административно-управленческого персонала.

Требования к электротехническому персоналу, с группой  по электробезопасности  II  включительно, предъявляются  требования:

лица, не достигшие 18-летнего возраста, не могут быть допущены к работам в электроустановках;

лица из электротехнического персонала должны после теоретической и практической подготовки пройти проверку знаний и иметь удостоверение на допуск к работам.

 Практикантам учебных заведений, не достигшим 18-летнего возраста, разрешается пребывание в действующих электроустановках под постоянным надзором лиц  из электротехнического персонала с группой по электробезопасности  III - в установках напряжением до 1000 В и IV - в установках напряжением выше 1000 В. Допускать к самостоятельной работе практикантов, не достигших 18-летнего возраста, запрещается.

            Состояние здоровья электротехнического персонала определяется при приеме на работу и затем периодически в сроки, указанные на медкомиссии.

 

  1. 1.3. Основные опасности и вредности при работе персонала.

 

Электрический ток.

Характер воздействия электрического тока на организм человека и тяжесть поражения во многом зависят от таких факторов, как величина тока, длительность воздействия, род (постоянный или переменный), частота и путь тока, состояние окружающей среды, состояние организма и др.

Величина тока оказывает наиболее существенное влияние на степень поражения и при одинаковой длительности протекания через тело человека, токи, в зависимости от величины, или не ощущаются (0,5 мА.) или вызывают фибрилляцию сердца (100-200 мА).

Длительность воздействия во многих случаях является определяющим фактором, от которого зависит конечный исход поражения током. Так, при кратковременном воздействии (0,1-0,5 с) ток порядка 100 мА. не вызывает фибрилляции сердца. А если длительность воздействия увеличивается до 1 с, то этот же ток может привести к смертельному исходу. С уменьшением длительности воздействия значение допустимых для человека токов существенно увеличиваются. При изменении времени воздействие от 1 до 0,1 с допустимый ток возрастет в 16 раз.

Род тока (постоянный или переменный) оказывает различное влияние на организм главным образом при напряжениях до 500 В. При таких напряжениях степень поражения постоянным током меньше чем переменным той же величины. Напряжение 120В постоянного тока при одинаковых условиях эквивалентно по опасности напряжению 40В переменного тока 50 Гц. При напряжении 500В и выше различий в воздействии постоянного и переменного токов практически не наблюдается.

Способность тока данной (повышенной) частоты вызывать фибрилляцию сердца может характеризоваться отношением значения допустимого тока при данной частоте  к значению допустимого тока при частоте 50 Гц - . Зависимость, характеризующая способность воздействия токов разной частоты.

Степень поражения электрическим током во многом зависит от плотности и площади контакта человека с токоведущими частями. Во влажных помещениях с высокой температурой или в наружных электроустановках складываются неблагоприятные условия, при которых улучшается контакт человека с токоведущими частями. Наличие заземленных металлических конструкций и полов создает повышенную опасность поражения вследствие того, что человек практически постоянно связан с одним полюсом (землей) электроустановки. В этих условиях любое прикосновение человека к токоведущим частям сразу приводит к двухполюсному включению его в электрическую цепь.

  1. 1.4. Технические и организационные мероприятия по обеспечению персонала средствами защиты от воздействия электрического тока

Для защиты человека от поражения электрическим током при пробое изоляции на корпус релейного шкафа, статива, стоек питания или ручного электроинструмента применяется защитное заземление, защитное отключение, выравнивание потенциалов, изолирующие вставки, покрытие нетоковедущих частей изоляцией, двойная изоляция. С помощью этих средств повышается уровень изоляции, при повреждении изоляции электроустановок и сетей и переходе напряжения на нетоковедущие части, напряжение прикосновения и шаговое напряжение снижается до безопасных величин или оборудование полностью отключается. В нашем случае защита обслуживающего персонала   в устройствах автоблокировки осуществляется с помощью таких организационно-технических мероприятий как: заземляются корпуса релейных шкафов, светофоров и другие металлические конструкции, расположенные на расстоянии менее 10 м от контактной сети на участках постоянного тока. Для отключения устройств устанавливаются автоматические выключатели АВМ1, устройства представляющие опасность случайного прикосновения к токоведущим частям в нормальном режиме находящихся под напряжением, ограждаются предупреждающими плакатами и все работы производимые в непосредственной близости от них выполняются под надзором руководителя работ после предварительного инструктажа по Технике Безопасности с использованием основных и дополнительных средств защиты (диэлектрические перчатки, указатели напряжения, заземляющие штанги, инструмент с изолированными ручками и т.д.) все эти средства должны проходить периодическую проверку в лаборатории КИПа, в сроки указанные в ПУЭ и ПТБ, но тем не менее перед каждым использованием производится их визуальная проверка.

Защитное заземление - преднамеренное электрическое соединение с землей металлических нетоковедущих частей электрооборудования. Защитное заземление осуществляется при помощи заземляющих устройств, состоящих из заземлителя и заземляющих проводников. Заземлители бывают естественные и искусственные. В качестве искусственных заземлителей применяют вертикально заложенные в землю стальные трубы с толщиной стенок не менее 3,5 мм, диаметров 25-60 мм, угловую сталь, стержни, горизонтально проложенные стальные полосы толщиной не менее 4мм и сечением не более 48 мм и т.п.

Расчет защитного заземления включает определение основных параметров: числа труб, их размещение, длина соединительных проводников.

Сопротивление заземляющего устройства R3 - определяется по формуле:

,[8.1]

где α - коэффициент прикосновения, учитывающий характер спада потенциала при растекании тока в земле;

Iз- ток, стекающий в землю при пробое изоляции, А;

- допустимое напряжение прикосновения, В. Практически сопротивление защитного заземления нормируется ПУЭ. Сопротивление заземляющего устройства в электроустановках напряжением до 1000 В должно быть не более 4 Ом. При мощности питающих установок 100 кВА и менее допускается увеличение этого сопротивления до 10 Ом. Согласно инструкции ЦШ 2350 и Руководящих указаний по защите от перенапряжения устройств СЦБ, утвержденных 25 мая 1972 г., сопротивление защитного заземления не должно превышать 10 Ом.

Сопротивление одиночного вертикального заземлителя, забитого на 0,6 м от поверхности при глинистом грунте 0,4*10 Ом*м, определяется по формуле:

 [8.2]

где  - длина заземлителя, 3,5 м;

d - диаметр трубы, 2,5 см;

S - расстояние от поверхности земли до середины заземлителя, м.

[8.3]

Подставляем полученные данные:

Ом

Необходимое число заземлителей определяется по формуле:

        [8.4

где - нормируемая величина сопротивления заземляющего    устройства;

- коэффициент использования заземлителей из труб.

Предварительное число заземлителей определяется:

При расстоянии между заземлителями    а = 3,5 м,  =0.8.

К вертикальным заземлителям приваривается горизонтальная полоса, соединяющая трубы.

Сопротивление полосы определяется по формуле:

         [8/5]

где - bn ширина полосы 2,5 см;

 t0 - глубина заложения 2,3 м;

Ln- длина полосы, м.

  [8.6]

м

Ом

Результирующее      сопротивление      растекания      группового заземлителя определяется по формуле:

     [8/7]

где - коэффициент использования полосы, =0,77

Ом

Индивидуальные средства защиты которыми пользуется персонал, включающие в себя инструменты с изолированными ручками, диэлектрические перчатки и т.д.

Сроки периодических испытаний индивидуальных средств защиты определяется правилами по технике безопасности для обслуживания электроустановок до 1000 В. Сроки проверки знаний по ТБ персонала определяются начальником дистанции, после проверки выдается разрешение на право работать по обслуживанию устройств АБ.

Из изложенного выше можно сделать вывод: выполнение в полном объеме всех технических и организационных мероприятий изложенных в «Правилах по технике безопасности для обслуживания электроустановок», а также выполнение всех инструкций может обеспечить высокий уровень безопасности персонала.

  1. 8.1.5. Техника безопасности при обслуживании устройств КЛУБ

          Обслуживание и ремонт локомотивной аппаратуры КЛУБ должны выполняться с соблюдением «Типовой инструкции по охране труда для слесарей по ремонту электроподвижного состава», «Правил техники безопасности и производственной санитарии в хозяйстве сигнализации и связи железнодорожного транспорта», «Инструкции по технике безопасности и производственной санитарии для электромехаников и электромонтеров сигнализации и связи железнодорожного транспорта».

К обслуживанию и ремонту устройств КЛУБ допускаются лица, прошедшие: медицинское освидетельствование; обучение безопасным методам работы и способам оказания первой медицинской помощи; инструктажи и проверку знаний по охране труда.

При техническом обслуживании аппаратуры КЛУБ необходимо выполнять следующие правила техники безопасности: при обслуживании устройств КЛУБ запрещается подниматься и спускаться с локомотива во время его движения, включать и выключать какие-либо приборы контроля и управления, не относящиеся к обслуживаемым устройствам; ремонт устройств КЛУБ и замена блоков должны производиться только при стоянке локомотива; проверка ЭПК на срабатывание, а также работы связанные с выводом контроллера локомотива из нулевой позиции должны производиться работниками депо, имеющими свидетельство на проведение данных работ; при проверке ЭПК на срабатывание все работы по ремонту и техническому обслуживанию локомотива должны быть прекращены, а в смотровой канаве не должно быть людей; при замене и ремонте аппаратуры КЛУБ, а также при измерении сопротивления изоляции монтажа КЛУБ, ЭПК необходимо включить ключом, что предотвратит срыв ЭПК и после этого отключить напряжение питания.

8.2 Безопасность персонала в чрезвычайных ситуациях

      8.2.1. Пожарная безопасность

Особое значение имеет обеспечение пожарной безопасности транспорта, обеспечивающего пассажирские и грузовые перевозки. Главную опасность для неисправного транспортного средства представляет скорость, которая добавляет кислород к очагу возгорания.

 Основными причинами пожаров и взрывов на железнодорожном транспорте является неосторожное обращение с огнём, искры локомотивов, печей вагонов – теплушек, котлов отопления пассажирских вагонов, а также технические неисправности. На эту группу причин приходится более 60% всего количества пожаров и взрывов. Далее по степени убывания идут неисправность электрооборудования, недосмотр за приборами отопления и их неисправность, аварии и крушения, искры электросварки и прочие причины. Обращают внимание на состояние запоров крышек аккумуляторных ящиков, карданно – редукторного привода, наличие и исправность различных предохранительных устройств, заземляющих элементов и других средств защиты.

Пожар возникает при появлении источника воспламенения.

Воспламенение – это начальный момент горения жидкостей, твёрдых тел или газов, возникающего от источников, имеющих высокую температуру. Для самовоспламенения пламени не требуется. Воспламенение может быть вызвано различными способами: открытым огнём, раскалённым предметом, электрической искрой и лучистой энергией, теплотой и химическими процессами. Все горючие вещества воспламеняются от спички, газовой горелки, паяльной лампы и др. Легкогорючие вещества могут воспламеняться и от соприкосновения с раскалённым металлом, спиралями электронагревательных приборов, от электрической искры. Перегрев трущихся механизмов при отсутствии достаточной смазки также может вызвать воспламенение.

Горение можно прекратить, если нарушить условия этого процесса. Вода, воздействуя на горящие вещества, не только охлаждает их, но и уменьшает концентрацию горючих газов. Горящие жидкости можно погасить пеной, когда прекращаются подача тепла от пламени и поступление паров в зону горения. Для тушения огня применяют и негорючие газы, не поддерживающие горение (углекислый газ). Они изолируют горючее вещество от кислорода воздуха и охлаждают его. При горении можно применять песок, в этом случае огнегасительный эффект достигается за счёт прекращения доступа воздуха.

Выводы.

Охрана труда на железнодорожном транспорте направлена на создание благоприятных условий для высокого производительного труда, максимальное сокращение ручного, малоквалифицированного и тяжелого физического труда, улучшение техники безопасности, предупреждение производственного травматизма и профессиональных заболеваний, строгое соблюдение законодательства о труде. Основной целью организации охраны труда является проведение профилактических работ, направленных на предупреждение нарушений, устранения причин, приводящих к несчастным случаям.

Из изложенного выше можно сделать вывод: выполнение в полном объеме всех технических и организационных мероприятий, правильное использование технических средств защиты персонала, а также выполнение всех инструкций может обеспечить высокий уровень безопасности обслуживающего персонала.

В разделе безопасность жизнедеятельности рассмотрен вопрос  разработки мероприятия по снижению последствий химического заражения территории  вследствие возможной аварии с выбросом химически  опасных веществ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение.

 

В данном дипломном проекте определены пути решения основных принципиальных вопросов технической реализации системы АЛС  с использованием резервного радиоканала передачи данных на современной отечественной микропроцессорной и микроэлектронной базе.

АЛСР определена как комплекс технических средств, позволяющих своевременно вырабатывать машинисту или автоматике управляющие сигналы при превышении фактической скорости над величиной допустимой скорости.

В данном дипломном проекте проведен аналитический обзор существующих систем интервального регулирования на железных дорогах, также разработана структурная схема комплексной системы КЛУБ на основе технических требований.

Произведена разработка технических средств организации резервного радиоканала передачи данных, а также интерфейс непрерывного радиоканала о допустимой скорости движения. Проанализировав и сравнив технические характеристики нескольких стандартов передачи данных, был применён как наиболее подходящий для данного проекта, стандарт GSM-R .Подобран модем с представленными техническими характеристиками. На основании структурной схемы разработана функциональная схема локомотивных устройств.

Предложенное в дипломном проекте программное обеспечение может изменяться и дополняться в зависимости от возникших требований без значительного изменения в структурной схеме. Этим достигается гибкость и значительная эксплуатационная жизнь изделия.

Проведен расчет надежности локомотивных устройств системы АЛС для самопроверяемой избыточной структуры построения устройств системы на основе марковской вероятностной модели и рассчитано теоретическое время работы локомотивных устройств.

Также в дипломном проекте составлен сетевой график на разработку комплексной системы АЛС и рассчитана себестоимость разработки. Описана безопасность персонала при обслуживании проектируемого проекта, и в чрезвычайных  ситуациях.

 

 

Список используемой литературы.

 

1. Зорин В.И. Современные системы обеспечения безопасности// Ж.д. мира. 2000. № 11. С. 52 – 54.

2. Зорин В.И., Шухина Е.Е., Филатов Г.В., Рамбовская И.В. Координатная система интервального регулирования движения поездов и МАЛС// Автоматика, связь, информатика. 2001. № 5. С. 17 – 19.

3. Астрахан В.И. Унифицированное комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У). 2007.-177с.ПП.

4. Системы железнодорожной автоматики и телемеханики: Учеб. для вузов/ Ю.А. Кравцов, В.Л. Нестеров, Г.Ф. Лекута и др.; Под ред. Ю.А. Кравцова. М.: Транспорт, 1996. 400 с.

  1. Ежемесячный научно-теоретический производственно технический Журнал ОАО «Российские железные дороги». Главный редактор Ершов Е.А.

6.. Научно-технический журнал ОАО «РЖД»  «Железные дороги мира» Главный редактор Е.Ф.Ершов .        7. Статьи НПЦ «Промэлектроника».

8. Скэнлон Л. Персональные ЭВМ IBM PC и XT. Программирование на языке Ассемблера: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1991. – 336 с.

9. Надежность автоматизированных систем управления: Учеб. пособие для вузов/ И.О. Атовмян, А.С. Вайрадян, Ю.П. Руднев, Ю.Н. Федосеев, Я.А. Хетагуров; Под. ред. Я.А. Хетагурова. – М.: Высш. школа, 1979. – 287 с., ил.

10. Сапожников В.В, Кравцов Ю.А., Сапожников Вл.В. Теоретические основы железнодорожной автоматики и телемеханики: Учеб. для вузов/ Под ред.В.В. Сапожникова. – М.: Транспорт, 1995. 320 с.

11. Брейдо А.И., Анисимов Н.К. Организация, планирование и управление в хозяйстве сигнализации и связи: Учебник для вузов ж.-д. трансп. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1989. 247 с.

12. Савина О.И., Тишкина Э.Д., Бабан С.М. Методические указания к экономической части дипломных проектов для студентов специальности “Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте”. – М.: МИИТ, 1998. – 44с.

13. Шевандин М.А., Грибков О.И., Жуков В.И., Федосов В.Д. Устройства контроля бдительности машиниста. Методические указания к дипломному проектированию по дисциплине “Безопасность жизнедеятельности”. – М.: МИИТ, 1993. – 56 с.

14. Рубцов Б.Н. Методические указания по разработке вопросов безопасности жизнедеятельности в чрезвычайных ситуациях в дипломных проектах (для студентов факультета ЖАТС). – М.: МИИТ, 1995. – 15 с.

15. Гражданская оборона на железнодорожном транспорте: Учебник для вузов ж.-д. трансп./ И.И. Юрпольский, Г.Т. Ильин, Н.Н. Янченков и др.; Под. ред. Я.А. Хетагурова. – М.: Высш. школа, 1979. – 287 с., ил.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                           

 

 

 

 




Комментарий:

Курсовая работа полностью соответствует своему описанию!


Рекомендовать другу
50/50         Партнёрка
Отзывы