Результат интеллектуальной деятельности: Гибридное устройство маршрутизации

Изобретение относится к устройствам управления движением на железных дорогах и может быть использовано в системах управления и регулирования движения поездов на станциях, перегонах и на промышленных предприятиях.

Известны системы централизации стрелок и сигналов [А.А. Казаков, В.Д. Бубнов Е.А. Казаков. Станционные устройства автоматики и телемеханики. - М.: Транспорт, 1990. 431 c.]. Данные системы используют в качестве основной элементной базы электромагнитные реле. Недостатком этих устройств являются высокая стоимость, высокое электропотребление, высокая стоимость технического обслуживания.

Известны системы централизации стрелок и сигналов [Сапожников Вл.В. и др. Микропроцессорные системы централизации. - Москва: ГОУ Учебный центр по образованию на железнодорожном транспорте, 2006. – 398 с.]. Данные системы используют в качестве основной элементной базы микропроцессорные устройства. Системы состоят из главного вычислительного устройства и устройств сопряжения с объектами контроля и управления.

Известна централизованная диспетчерская система с распределенными контролируемыми пунктами (RU2240245 С1, B61L 27/04, опубл. 20.11.2003). Известная система содержит распределенные контролируемые пункты и центральный пункт управления с рабочим местом поездного диспетчера, объединенные внешней локальной сетью. Каждый распределенный контролируемый пункт содержит блоки вывода сигналов телеуправления, блоки ввода сигналов телесигнализации, блоки ввода сигналов телеизмерения и резервированный центральный блок управления, предназначенный для связи по внешней локальной сети этого распределенного контролируемого пункта с другими контролируемыми распределенными пунктами и с упомянутым центральным пунктом управления, а также для связи по внутренней локальной сети с блоками вывода сигналов телеуправления, блоками ввода сигналов телесигнализации, блоками ввода сигналов телеизмерения.

Централизованная диспетчерская система с распределенными контролируемыми пунктами имеет следующие недостатки:

- алгоритмы работы системы определяются программным обеспечением резервированного центрального блока управления;

- изменение алгоритмов работы системы невозможно без изменения программного обеспечения резервированного центрального блока управления;

- функции централизации стрелок и сигналов не выполняются;

- функциональные зависимости (блокировки) системой не осуществляются.

Наиболее близким по техническому исполнению к предложенному устройству является микропроцессорная система централизации и автоблокировки на железнодорожном транспорте (RU 107753 U1, B61L 27/04, опубл. 27.08.2011). Известная система содержит центральный процессор, включающий микропроцессоры, устройства связи с объектом, включающие интерфейсные модули сбора информации о состоянии объектов контроля железнодорожной станции и прилегающих перегонов, интерфейсные модули передачи ответственных команд, которые подключены к исполнительным устройствам электрической централизации и автоблокировки. Центральный процессор содержит три микропроцессора, которые межканально связаны между собой, и каждый из них связан с двумя соседними микропроцессорами.

Недостатками данной микропроцессорной системы централизации и автоблокировки на железнодорожном транспорте являются:

- алгоритмы работы системы определяются программным обеспечением центрального процессора;

- изменение алгоритмов работы системы невозможно без изменения программного обеспечения центрального процессора;

- наличие предела количества объектов контроля и управления (особенно для крупных станций, при одновременном задании множества команд и большом объеме движения), при котором управление осуществляется в реальном времени (с приемлемой задержкой);

- сложность формирования функциональных зависимостей для всей станции, причем эту операцию следует выполнять для каждой новой станции;

- необходимость повторного формирования функциональных зависимостей для всей станции, даже при незначительном изменении топологии станции;

- необходимость повторной проверки всех функциональных зависимостей на станции, даже при незначительном изменении топологии станции.

В известных системах централизации функциональные зависимости (блокировки) осуществляются в главном вычислительном устройстве, а устройства сопряжения осуществляют только ввод и вывод сигналов.

Предлагаемое устройство характеризуется тем, что функциональные зависимости в нем осуществляются несколькими вычислительными устройствами, каждое из которых осуществляет функциональные зависимости для одного элемента путевого развития. В результате становится возможным построение системы управления для конкретного объекта автоматизации путем выбора необходимых вычислительных устройств, соответствующих элементам путевого развития, и соединения их между собой каналами связи, а отсутствие необходимости разработки сложного программного обеспечения функциональных зависимостей объекта автоматизации приводит к сокращению сроков и стоимости ввода объекта автоматизации в эксплуатацию при пуске или после изменения путевого развития станции.

Элементами путевого развития объекта автоматизации могут быть: входной светофор, выходной светофор, маневровый светофор, участок пути, приемо-отправочный путь, стрелка и другие.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи построения гибридной системы централизации, маршрутизации и блокировки на основе типовых вычислительных устройств, с формированием функциональных зависимостей несколькими типовыми вычислительными устройствами, входящими в маршрут, причем типы вычислительных устройств и каналы связи между ними определяются типами элементов путевого развития и связями между ними.

Построение такой гибридной системы централизации, маршрутизации и блокировки необходимо при разработке и создании систем управления движением на железных дорогах (станциях, перегонах, разъездах, блок-постах, сортировочных горках).

Заявленное устройство строится на основе однокристальных микроконтроллеров [10 практических устройств на AVR микроконтроллерах. Книга 1 - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», К. «МК-Пресс», 2008. – 224 с.]. Несколько однокристальных микроконтроллеров используются в каждом вычислительном устройстве.

Сущность изобретения состоит в том, что гибридное устройство маршрутизации, содержащее автоматизированное рабочее место дежурного по станции, объекты контроля, объекты управления, дополнительно содержит L локальных вычислительных сетей, N вычислительных устройств M типов, Z каналов связи. Причем каждое автоматизированное рабочее место подключено к каждой локальной сети. Каждая локальная сеть подключена к каждому вычислительному устройству. Каждое вычислительное устройство соответствует одному элементу путевого развития и осуществляет функциональные зависимости для одного элемента путевого развития объекта автоматизации. Вычислительные устройства соединяются между собой каналами связи в соответствии со связями элементов путевого развития объекта автоматизации. Вычислительные устройства содержат первую и вторую пару однокристальных микроконтроллеров, устройство сравнения, приемо-передатчик, устройство ввода сигналов, устройство вывода сигналов. Первая пара однокристальных микроконтроллеров подключена к локальным вычислительным сетям, к каналам связи, к устройству сравнения, к приемо-передатчику. Устройство сравнения подключено к приемо-передатчику. Вторая пара однокристальных микроконтроллеров подключена к приемо-передатчику и к устройству вывода сигналов. Устройство ввода сигналов подключено к второй паре однокристальных микроконтроллеров. Каждое вычислительное устройство соединяется с соответствующими объектами контроля и управления.

За счет использования предлагаемого гибридного устройства маршрутизации сокращаются сроки ввода в эксплуатацию объекта автоматизации при сохранении заданного уровня безопасности, а также упрощается процесс проектирования.

Техническим результатом является расширение реализации технических средств устройства маршрутизации для систем управления движением на железных дорогах.

На фиг. 1 представлена функциональная схема гибридного устройства маршрутизации.

На фиг. 2 представлена функциональная схема вычислительного устройства.

Гибридное устройство маршрутизации (фиг. 1) состоит из автоматизированных рабочих мест 1_{i, i=1…R}, локальных вычислительных сетей 2_{i, i=1…L}, N вычислительных устройств M типов 3_{ij, i=1…M, j=1…N}, Z каналов связи 4_{i, i=1…Z}, объектов контроля 5_{ij, i=1…S, j=1…N}, объектов управления 6_{ij, i=1…U, j=1…N}. N – количество элементов путевого развития, M – количество типов элементов путевого развития объекта автоматизации.

В частности, вычислительные устройства 3_{ij, i=1…M, j=1…N} могут быть следующих типов: 3_1i – вычислительное устройство входного светофора, 3_2i – вычислительное устройство выходного светофора, 3_3i – вычислительное устройство маневрового светофора, 3_4i – вычислительное устройство участка пути, 3_5i – вычислительное устройство приемо-отправочного пути, 3_6i – вычислительное устройство стрелки.

Вычислительное устройство 3_{ij, i=1…M, j=1…N} (фиг. 2) состоит из первой и второй пары однокристальных микроконтроллеров 3_ij¹¹… 3_ij¹⁴ (3_ij¹¹, 3_ij¹² – первая пара, 3_ij¹³, 3_ij¹⁴ – вторая пара), устройства сравнения 3_ij², приемо-передатчика 3_ij³, устройства ввода сигналов 3_ij⁴, устройства вывода сигналов 3_ij⁵.

Первая пара однокристальных микроконтроллеров 3_ij¹¹, 3_ij¹² подключена к локальным вычислительным сетям 2_{i, i=1…L}, к каналам связи 4_{i, i=1…Z}, к устройству сравнения 3_ij², к приемо-передатчику 3_ij³. Устройство сравнения 3_ij² подключено к приемо-передатчику 3_ij³. Вторая пара однокристальных микроконтроллеров 3_ij¹³, 3_ij¹⁴ подключена к приемо-передатчику 3_ij³ и к устройству вывода сигналов 3_ij⁵. Устройство ввода сигналов 3_ij⁴ подключено ко второй паре однокристальных микроконтроллеров 3_ij¹³, 3_ij¹⁴.

Первая пара однокристальных микроконтроллеров 3_ij¹¹, 3_ij¹² осуществляет проверку условий возможности выполнения команды в данный момент времени. Устройство сравнения 3_ij² осуществляет сравнение результатов работы двух однокристальных микроконтроллеров 3_ij¹¹, 3_ij¹² и в случае несовпадения блокирует работу приемо-передатчика 3_ij³. Устройство ввода сигналов 3_ij⁴ преобразует сигналы телесигнализации к виду второй пары однокристальных микроконтроллеров 3_ij¹³, 3_ij¹⁴. Устройство вывода сигналов 3_ij⁵ преобразует сигналы второй пары однокристальных микроконтроллеров 3_ij¹³, 3_ij¹⁴ в сигналы телеуправления объектов управления.

Каждое автоматизированное рабочее место 1_{i, i=1…R} подключено к каждой локальной сети 2_{i, i=1…L}. Каждая локальная сеть 2_{i, i=1…L} подключена к каждому вычислительному устройству 3_{ij, i=1…M, j=1…N}.

Каждое вычислительное устройство 3_{ij, i=1…M, j=1…N} определенного типа соответствует одному элементу путевого развития объекта автоматизации. Вычислительные устройства 3_{ij, i=1…M, j=1…N} соединяются между собой каналами связи 4_{i, i=1…Z} в соответствии со связями элементов путевого развития объекта автоматизации, каждое вычислительное устройство 3_{ij, i=1…M, j=1…N} соединяется с соответствующими объектами контроля 5_{ij, i=1…S, j=1…N}, и управления 6_{ij, i=1…U, j=1…N}.

Элементами путевого развития объекта автоматизации могут быть: входной светофор, выходной светофор, маневровый светофор, участок пути, приемо-отправочный путь, стрелка и другие.

Гибридное устройство маршрутизации работает следующим образом.

Сигналы телесигнализации от объектов контроля 5_{ij, i=1…S, j=1…N} поступают в вычислительные устройства 3_{ij, i=1…M, j=1…N} и далее, по каналам связи 4_{i, i=1…Z}, передаются в другие вычислительные устройства 3_{ij, i=1…M, j=1…N} и через локальные вычислительные сети 2_{i, i=1…L} в автоматизированные рабочие места 1_{i, i=1…R}.

Команды телеуправления формируются автоматизированными рабочими местами 1_{i, i=1…R}. Команды телеуправления через локальные вычислительные сети 2_{i, i=1…L} поступают в вычислительные устройства 3_{ij, i=1…M, j=1…N}. В вычислительных устройствах 3_{ij, i=1…M, j=1…N} осуществляется проверка условий возможности выполнения команды в данный момент времени и, в случае возможности выполнения команды, осуществляется передача сигналов телеуправления на объекты управления 6_{ij, i=1…U, j=1…N}.

Таким образом, в зависимости от сигналов телесигнализации осуществляется блокировка или формирование сигналов телеуправления на объекты управления.

Использование гибридного устройства маршрутизации имеет следующие достоинства:

• построение системы управления для конкретного объекта автоматизации осуществляется путем выбора необходимых вычислительных устройств, соответствующих элементам путевого развития и соединения их между собой каналами связи в соответствии со связями элементов путевого развития объекта автоматизации, в результате отсутствует необходимость разработки сложного программного обеспечения функциональных зависимостей объекта автоматизации;

• формирование функциональных зависимостей всего объекта автоматизации осуществляется несколькими вычислительными устройствами, каждое из которых осуществляет функциональные зависимости для одного элемента путевого развития;

• сокращаются сроки и стоимость ввода в эксплуатацию объекта автоматизации ввиду отсутствия необходимости разработки сложного программного обеспечения функциональных зависимостей объекта автоматизации;

• при изменении путевого развития станции, изменение функциональных зависимостей объекта автоматизации осуществляется путем изменения количества и типов вычислительных устройств, а также соединения их между собой каналами связи в соответствии со связями элементов путевого развития объекта автоматизации;

• возможно применение устройства на сколь угодно крупной станции, так как с увеличением элементов путевого развития увеличивается и количество вычислительных устройств.

Таким образом, предлагаемое устройство является универсальным, и его можно использовать на любом объекте железной дороги (станция, перегон, разъезд, блок-пост, сортировочная горка).

При этом, использование предлагаемого устройства сокращает сроки ввода объекта в эксплуатацию при его первоначальном запуске или при внесении изменений в него.