"Najlepszą metodą przewidywania przyszłości jest jej tworzenie" - Peter Drucker   

Główne Menu


Strona Główna


PSTT
· O Stowarzyszeniu
· Wydarzenia
· Statut


Redakcja wortalu
· O Nas
· Kontakt

Artykuły
· Telematics
· Transport

Inne
· Słownik telematyczny
· Konferencje
· Polecamy
· Do pobrania
· FAQ

Partnerstwo


Szukaj


Artykuły :: Transport :: Autorski

BLOKADA LINIOWA Z ZASTOSOWANIEM LICZNIKA OSI I STEROWNIKA PROGRAMOWALNEGO
Janusz KEMPNY,Janusz MIKOŁAJCZYK,Jakub MŁYŃCZAK
2006-08-20 21:45:35

1. BLOKADA ZREALIZOWANA PRZY UŻYCIU STEROWNIKÓW PRZEMYSŁOWYCH
Wraz z rozwojem techniki, a zwłaszcza z rozwojem technik komputerowych i mikroprocesorowych zachodzi potrzeba stworzenia blokady liniowej, która przejmie rolę przekaźnikowych i elektromechanicznych półsamoczynnych blokad liniowych.

Cyfrowy sposób sterowania blokadą liniową w porównaniu z wersją przekaźnikową, wprowadza wiele dodatkowych funkcji, a także znacznie upraszcza budowę blokady, głównie poprzez programową realizację wszelkich zależności, wynikających z zadań blokady.

Wśród funkcji, które spełniane są przez cyfrowe sterowanie blokady wyróżnić można:
a. Funkcję sterowania, polegającą na:
- Dobrej wizualizacji aktualnego stanu urządzeń sterowania ruchem kolejowym wchodzących w skład systemu oraz z nimi współpracujących,
- Sprawności (szybkości) realizacji przebiegów pociągowych, mających znaczny wpływ na zwiększenie przepustowości szlaku,

b. Funkcję stanu systemu, określającą:
- Ustawienie kierunku,
- Zmianę kierunku,
- Odwołanie ustawienia kierunku,
c. Funkcję diagnostyczną, realizującą:
- Monitorowanie pracy systemu,
- Sprawne wykrywanie i usuwanie usterek.

Do zalet komputerowego sterowania blokadą zaliczyć można:
- Zwiększenie bezpieczeństwa i niezawodności działania,
- Zmniejszenie kosztĂłw eksploatacyjnych przy sterowaniu ruchem kolejowym,
- Ułatwienie obsługi zarówno podczas normalnej pracy, jak i ewentualnej awarii,
- Łatwość znajdowania ewentualnej usterki,
- Łatwość wprowadzania modernizacji i dostosowania do innych urządzeń cyfrowych,
- Ograniczenie zuĹźycia energii,
- Zastosowanie tylko źródeł napięcia stałego o wartości 24V.

Wady komputerowej wersji blokady liniowej:
- Potrzeba poprowadzenia wydzielonej linii transmisyjnej, w celu komunikacji pomiędzy sąsiednimi posterunkami ruchu,
- Przeprowadzenie szkoleń pracowników w zakresie obsługi nowych urządzeń,

Do stanów pracy urządzenia zaliczyć trzeba także (a nawet przede wszystkim) stan bezpieczny, który wystąpić może podczas wykrycia usterki w działaniu całego systemu. Stan ten charakteryzuje się wyświetleniem na wszystkich semaforach współpracujących z blokadą sygnału "STÓJ" oraz wskazaniem zajętości wszystkich odcinków torowych, mających wpływ na pracę urządzenia. W przypadku tym, w celu powrotu blokady do stanu normalnej pracy wymagana jest zgoda obu posterunków ruchu.
Dodatkową ważną cechą stanu bezpiecznego jest możliwość jego wystąpienia w każdej chwili pracy układu, w przeciwieństwie do stanów pozostałych, których kolejność jest ściśle określona.


2. REALIZACJA PROGRAMOWA
W rozpatrywanej blokadzie liniowej wszystkie zmienne zarówno wejściowe, jak i wyjściowe są typu binarnego, dzięki czemu jako moduły wejścia/wyjścia zastosowane zostały tylko moduły cyfrowych wejść/wyjść. Oprócz zmiennych wejściowych i wyjściowych wyróżnić należy także zmienne wewnętrzne, które pozwalają na zapamiętywanie stanów blokady.

Oprogramowanie sterownika blokadowego wykonano w dwóch językach:
· Automation Basic;
· LD (język drabinkowy).

Do porównania obydwu programów wykorzystano komparator programowy wykonany w języku Automation Basic. Rolą komparatora jest porównywanie sygnałów wyjściowych z poszczególnych programów.
W programie sterowania rozpatrywanego modelu blokady liniowej interpretacja stanu, w jakim znajduje się w danym momencie blokada następuje na podstawie odczytanych danych wejściowych i wyjściowych sterownika oraz wartości 4-bitowej zmiennej wewnętrznej o nazwie "Etap".
Programy pracy blokady dla sterownika napisane został na podstawie schematów blokowych pracy blokady liniowej.

Jeden program został napisany za pomocą programu Automation Studio w języku programowania Automation Basic [2] i składa się on z czterech procedur.

Pierwsza procedura "Normal" odpowiedzialna jest za realizację wszystkich zależności blokady związanych z jej normalną pracą, a więc z włączeniem blokady, daniem lub otrzymaniem pozwolenia, itd. Druga procedura "Zwolni" zawiera instrukcje, których realizacja następuje w procesie zwalniania blokady, czyli jej powrotu do stanu neutralnego. Kolejna procedura "Error" informuje o awariach w pracy blokady. Z punktu widzenia bezpieczeństwa działania blokady jest to najważniejsza część programu, dlatego nadany jej został priorytet w realizacji. Priorytet ten nadany został dzięki wykorzystaniu instrukcji warunkowej, która umożliwia zadziałanie procedur: "Normal" i "Zwolni" tylko pod warunkiem braku jakiejkolwiek informacji o zaistnieniu sytuacji awaryjnej. Ostatnią część programu stanowi procedura "Sygnal", która odpowiedzialna jest za prawidłową realizację sygnalizacji świetlnej oraz dźwiękowej stanu blokady. Procedura ta działa niezależnie od tego, w jakim stanie znajduje się blokada, czy jest to stan awarii, czy proces zwalniania, czy też normalna praca.

Druga wersja oprogramowania powstała w języku drabinkowym LD. Napisana została w programie Automation Studio v.1.4 []. Program składa się z sieci schematów połączonych ze sobą w sposób zależności logicznych. Program korzysta z tych samych zmiennych wejściowych co program napisany w Automation Basic.

Zmienne wyjściowe z obydwu programów są ze sobą porównywane w programie nadrzędnym. Program ten pełni rolę komparatora programowego, informacje zależnościowe wystawia na zasadzie iloczynu logicznego tzn. dwa programy muszą wypracować identyczny rozkaz aby został on wykonany, natomiast informację o błędzie na zasadzie sumy logicznej, tzn. w momencie gdy chociaż jeden program poda informację o błędzie to program nadrzędny wystawia sygnał informujący o błędzie, co powoduje zablokowanie pracy sterowników na obydwu posterunkach ruchu.


3. REALIZACJA SPRZĘTOWA
W celu spełnienia wszystkich wymagań dotyczących pracy blokady liniowej trzeba zwrócić szczególną uwagę na rozwiązania sprzętowe. Ważnym jest dobranie sprzętu spełniającego wszelkie normy dopuszczalności stosowania na kolei (bezpieczeństwo, niezawodność, ochrona środowiska, itp.), umożliwiającego współpracę z innymi urządzeniami sterowania ruchem kolejowym, a także będącego konkurencyjnym cenowo.

rys1
Rys.1. Ogólny schemat blokady [Źródło: Opracowanie własne].

Bezpieczeństwo ruchu kolejowego bazuje na niezawodnym działaniu wielu komponentów. Niezbędne są do tego urządzenia zabezpieczające, współdziałające ze sobą bezkonfliktowo. informacje o zajętości lub niezajętości odcinków torowych dostarczane są przez urządzenia kontroli niezajętości, które w ten sposób znacznie przyczyniają się do zmniejszenia liczby zakłóceń w eksploatacji.

Problemy dotyczące budowy i eksploatacji obwodów torowych przy blokadzie liniowej są zwielokrotnione koniecznością doprowadzenia dużych mocy i zapewnienia synchronizacji zasilania. Skomplikowane zasilanie i konieczne duże przekroje żył kabli energetycznych znacznie podnoszą koszt budowy blokady. Utrzymanie blokady liniowej wymaga dodatkowo zapewnienia synchronizacji zasilania obwodów torowych i właściwej kolejności faz. Zastosowanie liczników osi w miejsce tradycyjnych obwodów torowych rozwiązuje te problemy. Całkowity koszt budowy blokady liniowej z licznikami osi, biorąc pod uwagę znaczne oszczędności na kablach i zasilaniu, okazuje się niższy pomimo wyższych cen jednostkowych liczników osi w stosunku do cen zabudowy obwodów torowych.
Liczniki osi ACS 2000 wraz z współpracującymi elementami zostały opracowane według najnowszych technologii, które cechują się przede wszystkim dużą niezawodnością pracy oraz pełną odpowiedzialnością w zakresie bezpieczeństwa ruchu (czwarty - najwyższy - poziom bezpieczeństwa). Wykorzystywane są one do kontroli niezajętości torów nowoczesnych systemów sterowania ruchem kolejowym, w których wymagana jest wysoka skuteczność wykrywania i liczenia kół taboru kolejowego. Koncepcja bezpieczeństwa liczników osi oparta jest na dwukanałowym przetwarzaniu i porównywaniu dwóch niezależnych sygnałów wytworzonych w każdym czujniku koła, a także poprzez zastosowanie rozbudowanych funkcji diagnostycznych i kontrolnych, do których zaliczyć można m.in. ciągłą samokontrolę stanu przylegania czujników koła do szyn oraz kontrolę zwarcia lub przerwy kabli łączących czujniki koła z licznikiem osi.

Powyższa charakterystyka licznika osi ACS 2000 oraz dotychczasowe doświadczenie firmy Frauscher w dziedzinie automatyki kolejowej są wystarczające, aby przekonać do wyboru tego licznika osi do wykorzystania w realizacji modelu blokady liniowej.

Konfiguracja sprzętowa licznika osi w blokadzie liniowej.

rys2
Rys.2. Schemat szczegółowy licznika osi ACS 2000 [Źródło: Opracowanie własne].

Do zadań licznika osi należy informowanie sterownika o zajętości szlaku (zmienna "zaj") oraz transmisja danych pomiędzy sąsiednimi posterunkami ruchu, w celu określenia stanu blokady (zmienne it1 - it6 oraz ot1 - ot6).


3.2. STEROWNIK MIKROPROCESOROWY SERII 2003 FIRMY BERNECKER&RAINER
Ze względu na wysokie parametry techniczne oraz niski koszt eksploatacyjny do realizacji blokady liniowej wybrane zostały sterowniki Bernecker&Rainer serii 2003.

Modułowa budowa sterowników pozwala dopasować konfigurację systemu do potrzeb aplikacji. Typowy system składa się z pasywnej szyny nośnej (dostępne szerokości od 1 do 10 modułów), jednostki centralnej (CPU z zasilaczem) oraz modułów wejścia / wyjścia.

rys3
Rys. 3. Zastosowana konfiguracja sterownika Bernecker&Rainer [Źródło: 1]

Sterowniki B&R 2003 charakteryzują się:
- Wielozadaniowym systemem operacyjnym (programy umieszczane są w taskach różnych klas, z którymi związane są takie parametry jak czas cyklu wykonywania, priorytet),
- Możliwością rozbudowy systemów o zdalne punkty I/O (CAN I/O lub RIO),
- Jednolitym środowiskiem programowania dla każdej rodziny sterowników (oprogramowanie PG2000 i Automation Studio),
- Programowaniem zgodnym z IEC1131 (Ladder Diagram, Statement List, Function Blocks, SFC) oraz językami wysokiego poziomu (PL2000, ANSI C, Structured Text, Automation Basic).

Cechy charakterystyczne sterowników B&R2003 w połączeniu z wielozadaniowym systemem operacyjnym, możliwością programowania w językach wysokiego poziomu oraz budową systemów rozproszonych stawiają ten system w gronie najbardziej zaawansowanych i wydajnych systemów.


3.3. ELEMENTY BLOKADY LINIOWEJ ODPOWIEDZIALNE ZA TRANSMISJĘ DANYCH
W blokadzie liniowej zastosowane zostały dwa standardy szeregowej transmisji danych. Pierwszy z nich to RS232 wykorzystywany podczas programowania sterownika (przesył danych pomiędzy komputerem, a sterownikiem) oraz do przesyłania danych pomiędzy licznikiem osi a konwerterem transmisji RS232/RS485. Drugim standardem jest RS485, który odpowiedzialny jest za przesył danych na szlaku, pomiędzy konwerterami, gdyż zastosowanie tego typu transmisji zwiększa jej zasięg.


3.4. PRZEKAŹNIKI WSPÓŁPRACUJĄCE Z BLOKADĄ LINIOWĄ
W celu przekazania informacji o zajętości szlaku do innych urządzeń sterowania ruchem kolejowym oraz możliwości zablokowania podania sygnału zezwalającego na semaforze wyjazdowym w modelu blokady liniowej zastosowane zostały dodatkowo przekaźniki, zwiększając w ten sposób bezpieczeństwo pracy blokady i łatwość jej dopasowania do istniejących urządzeń sterowania ruchem kolejowym.

Ze względu na większe bezpieczeństwo w blokadzie zastosowane zostały przekaźniki prądu stałego (24V), o dużej rezystancji wewnętrznej, klasy N. W przypadku przekaźników zajętości szlaku są one wzbudzane w momencie zwolnienia szlaku, gdyż dzięki temu w chwili zaniku zasilania odwzbudzają się wskazując zajętość. Natomiast przekaźniki włączone do obwodów sygnałowych semaforów wyjazdowych wzbudzone są tylko na okres, gdy ustawiony jest kierunek blokady na wyjazd, szlak jest niezajęty i na semaforze wyjazdowym nie został podany sygnał zezwalający lub podczas jego trwania. W taki sposób również uzyskuje się sytuację bezpieczną w chwili zaniku zasilania, gdyż przekaźnik ten w stanie odwzbudzonym uniemożliwia podanie sygnału zezwalającego. Jako przekaźniki pośredniczące pomiędzy blokadą a obwodami sygnałowymi zastosowano przekaźniki NAIS typu SF-4.


4. BEZPIECZEŃSTWO RUCHU I BEZPIECZNOŚĆ BLOKADY LINIOWEJ.
Spełnienie warunków bezpieczeństwa ruchu w sposób uzależniony polega na tym, że kontrola ich prawidłowości jest wykonywana przez personel obsługi urządzeń sterowania ruchem kolejowym, na którym spoczywa odpowiedzialność za prawidłowość realizacji danych warunków bezpieczeństwa ruchu.

Bezpieczność urządzeń sterowania ruchem kolejowym określa się jako zdolność do hamującego oddziaływania na ruch kolejowy, w przypadku wystąpienia uszkodzeń tych urządzeń lub ich części i wykluczenie z odpowiednio dużym prawdopodobieństwem stanów niebezpiecznych dla ruchu kolejowego.

Reakcję bezpiecznościową powinno inicjować uszkodzenie lub błędne działanie, której nie mogą przerwać kolejne uszkodzenia. W rezultacie reakcji bezpiecznościowej dochodzi do ujawnienia uszkodzenia. Reakcja bezpiecznościowa wprowadza system w stan bezpieczny, z którego urządzenia sterowania ruchem kolejowym mogą być wyprowadzone tylko w sposób kontrolowany. Efektem przejścia systemu w stan bezpieczny jest działanie ograniczające ruch kolejowy, np. wyświetlenie na semaforze sygnału "STÓJ".

Dzięki cyfrowemu sterowaniu blokadą jej bezpieczność wzrosła przede wszystkim poprzez jednolity sposób zasilania, niewielkie moce pobierane przez zastosowane urządzenia, ciągłą kontrolę stanu blokady (w każdym cyklu rozkazowym sterownika) zarówno pod względem programowym, jak i sprzętowym. Na uwagę zasługuje tu zachowanie się blokady, gdy wykryta zostanie jakakolwiek nieprawidłowość, np. brak zasilania, wystąpienie zależności wskazującej błędne działanie blokady. Powoduje to reakcję bezpiecznościową systemu, uniemożliwiając podanie sygnału zezwalającego na semaforze wyjazdowym oraz powrót do stanu neutralnego bez zgody sąsiedniego posterunku, blokując użycie przycisków (wyjątkiem jest przycisk pReset), wskazując zajętość szlaku, a także rejestrując zaistniałe zdarzenie.


5. NIEZAWODNOŚĆ PRACY
Ważnym parametrem charakteryzującym blokadę liniową jest jej niezawodność pracy. Dzięki zastosowaniu komputerowego sposobu sterowania blokadą ograniczona została ilość elementów, przez co uzyskana została większa niezawodność. Duży wpływ na wzrost niezawodności mają także wysokiej jakości elementy składowe, tj. liczniki osi Frauscher, sterowniki Bernecker&Rainer, czy też przekaźniki klasy N.

Również nie mały wpływ na niezawodność ma szybkość przetwarzania danych przez sterownik, dzięki czemu funkcje zależnościowe oraz sprawdzające stan urządzeń sterowania ruchem kolejowym są wykonywane kilkukrotnie i dopiero po ich porównaniu następuje realizacja wyniku. Zabieg taki umożliwia ograniczenie wystąpienia różnego typu przekłamań w pracy urządzeń.


6. WNIOSKI
Aktualna sytuacja rynkowa wymusza obniżanie kosztów działalności firm transportowych, przy jednoczesnym wzroście jakości obsługi. Tym zmianom służy wprowadzana obecnie restrukturyzacja na Kolejach Polskich. Przedsiębiorstwa współpracujące z Kolejami Polskimi muszą wdrażać nowoczesne technologie zarówno przy realizacji procesów sterowania, zabezpieczania i prowadzenia ruchu kolejowego, jak również w innych dziedzinach, ponieważ działania takie przynoszą korzyści ekonomiczne. Przykładem mogą tu być firmy, które swój rozwój wiążą przede wszystkim z poznawaniem nowych rozwiązań w dziedzinie automatyki kolejowej poprzez współpracę z zagranicznymi firmami.

Przedstawiony projekt blokady liniowej opartej na sterownikach mikroprocesorowych oraz licznikach osi jest rozwiązaniem zdecydowanie lepszym od aktualnie działających urządzeń przekaźnikowych, gdyż przy zbliżonych nakładach finansowych daje znacznie większe możliwości oraz ogranicza koszty późniejszej eksploatacji.

Zaprojektowana blokada liniowa umożliwia optymalną eksploatację szlaku, zapewnia wysoką jakość, bezpieczeństwo i niezawodność działania, daje możliwość znacznego rozwoju oraz integrację z innymi urządzeniami sterowania ruchem kolejowym.


LITERATURA:
1. B&R SYSTEM 2000. B&R 2003 User's Manual. Version 3.0, 1998 r.
2. B&R SYSTEM 2000. Programming Languages Manual. Version 1.1, 1995 r.
3. Wytyczne stosowania systemu licznika osi ACS 2000. Frauscher Polska, Warszawa, 1999 r.
4. Opis systemu licznika osi firmy Frauscher ACS 2000. Frauscher Polska, Warszawa, 2000 r.
5. Instrukcja kolejowa R1 - Instrukcja o prowadzeniu ruchu pociągów na PKP.
6. Instrukcja kolejowa WTB-E10 - Wytyczne techniczne budowy urządzeń sterowania ruchem kolejowym w przedsiębiorstwie Polskie Koleje Państwowe.
7. Kalicińska K., Olendrzyński W., Zajączkowski A. - Elektryczne urządzenia zabezpieczania ruchu kolejowego. Urządzenia stacyjne. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, Warszawa, 1982 r.
8. Wymagania bezpieczeństwa dla urządzeń sterowania ruchem kolejowym. Centrum Naukowo Techniczne Kolejnictwa, 1998 r.
9. Turczyn M.: Realizacja blokady liniowej za pomocą sterowników przemysłowych oraz liczników osi. Praca magisterska, Katowice czerwiec 2002.


Jakub MŁYŃCZAK
Faculty of Transport, Silesian University of Technology
Janusz KEMPNY
PKP PLK S.A.
Janusz MIKOŁAJCZYK
P.U.H "Sig-Mont"

Logowanie

Użytkownik

Hasło


Załóż konto

Zapomniałem hasła

Nowe artykuły


Ankieta




Ogółem głosów: 0

Wyniki poprzednich ankiet


©NET-DESIGN 2007