Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Žan Gazvoda
Prilagoditev relejske skupine
medpostajne odvisnosti na sistem štetja osi v železniškem prometu
Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študija
Mentor: doc. dr. Vito Logar
Ljubljana, 2021
Zahvala
Zahvaljujem se doc. dr. Vitu Logarju za mentorstvo, vse strokovne nasvete in usmeritve.
Zahvalil bi se podjetju Iskra d.o.o, ki mi je omogočilo izdelavo diplomskega dela in vsem sodelavcem, ki so prispevali k izdelavi diplomskega dela. Posebej bi se zahvalil sodelavcem Srečkotu Modicu za pomoč pri raziskavi delovanja medpostajne odvisnosti, Aleksandru Anušku in Primožu Gazvodi.
Zahvaljujem se tudi družini, ki me je tekom študija podpirala in spodbujala.
5
Vsebina
1 Uvod 1
2 Naprava medpostajne odvisnosti 3
2.1 Varnost in zanesljivost signalnovarnostnih naprav ... 3
2.2 Signalnovarnostne naprave ... 4
2.2.1 Funkcijska struktura železniškega kontrolnega sistema ... 6
2.2.2 Elektrorelejne SV naprave ... 7
2.2.3 Zgradba elektrorelejnih SV naprav ... 8
2.2.4 Hibridne SV naprave ... 8
2.3 Progovne SV naprave ... 9
2.4 Opis problema ... 11
2.5 Zahteve in delovanje naprave MO-N ... 12
2.6 Opis in funkcije relejev ... 14
2.7 Priključitev relejne skupine ... 17
2.8 Mizni mozaiki tirne slike medpostajne odvisnosti ... 18
2.8.1 Javljalnik smeri in stanja medpostajnega odseka ... 19
3 Načrtovanje programske in strojne opreme števca osi 21 3.1 Varnostni standard SIL 4 ... 21
3.2 Uporaba števca osi ... 21
3.3 Struktura števca osi FAdC R2 ... 22
6 Vsebina
3.3.1 Komponente in moduli sistema za štetje osi ... 23
3.4 Vhodno izhodni modul IO-EXB ... 24
3.5 Konfiguracija ... 25
3.5.1 Struktura datotek ... 26
3.5.2 Izdelava konfiguracije ... 27
3.6 Diagnostični sistem ... 34
4 Testiranje delovanja 37 4.1 Analiza enojnih napak ... 38
4.2 Sistemsko testiranje ... 39
5 Zaključek 41
5 Literatura 43
6 Priloge 45
7
Seznam slik
Slika 1: Funkcijska struktura železniškega kontrolnega sistema ... 6
Slika 2: Relejno stojalo z relejnimi skupinami na postaji Kranj ... 7
Slika 3: Pregledni položajni načrt postavitve signalov z MO... 9
Slika 4: Pregledni položajni načrt postavitve signalov z APB ... 10
Slika 5: Faze delovanja MO-N ... 12
Slika 6: Simboli in oznake relejev ... 14
Slika 7: Razporeditev relejev v relejni skupini ... 15
Slika 8: Priključitev relejnih skupin ... 17
Slika 9: Tipke in števec medpostajne odvisnosti ... 18
Slika 10: Javljalnik MO-N ... 19
Slika 11: Struktura FAdC R2 ... 22
Slika 12: Primer osnovnega vezja za vhod optičnega sklopnika za IO-EXB ... 24
Slika 13: Primer vezave vhodov in izhodov pri prenosu podatkov ... 25
Slika 14: Vrstni red blokov ... 26
Slika 15: Pregledna risba s razporedom naprav ... 27
Slika 16: Razporeditev modulov po BGT na vsako postajo ... 27
Slika 17: Identifikacijski blok za števec osi ... 27
Slika 18: Nastavitev števca osi ... 28
Slika 19: Določitev izhodnih kontaktov ... 28
Slika 20: Določitev izhodnih kontaktov ... 28
Slika 21: Nastavitev vhodnih modulov ... 29
Slika 22: Prenos podatkov ... 30
Slika 23: Blok z nastavitvami IP naslov prejemnikov ... 32
Slika 24: IP naslov naprave ... 32
Slika 25: Projektna številka ... 33
Slika 26: Protection blok ... 33
Slika 27: FDS ... 34
Slika 28: Spletna stran FDS ... 35
8
Slika 29: Beleženje podatkov ... 35
Slika 30: Testno stojalo z vgrajeno opremo, ki se bodo po testiranju dogradilo na dveh postajah ... 37
Slika 31: Diagnostični sistem ADS ... 38
Slika 32: Faza: postavitev izvoznega signala na prosto ... 39
Slika 33: Faza: kontrola zasedbe in razreševanje vozne poti ... 40
9
Seznam tabel
Tabela 1: Zasedba konektorja za javlajnje prostosti, zasedbe in ponastavitev števca osi ... 30 Tabela 2: Zasedba konektorja za prenos podatkov ... 31
11
Povzetek
Z avtomatizacijo železniškega prometa želimo zmanjšati vpliv človeškega dejavnika pri nadzoru in vodenju sistemov ter s tem povečati varnost. Ob opravljanju ponavljajočega se dela, se pozornost človeka manjša, s čimer se povečuje verjetnost napak, kar lahko privede do nesreč. S signalnovarnostnimi (SV) napravami lahko varno in zanesljivo kontroliramo železniški promet. V diplomskem delu je opisan postopek združitve dveh tipov SV naprav, in sicer elektrorelejske in elektronske SV naprave, ki združujejo napravo za medpostajno odvisnost. S slednjo ustno dogovarjanje za vodenje prometa med postajama ni več potrebno. Naprava s pomočjo števcev osi kontrolira prostost oz. zasedenost medpostajnega odseka in logične funkcije relejev, s čimer se varuje vlak pred čelnim ogrožanjem ter pred sledenjem vlaka zaradi dohitevanja.
V diplomskem delu so uvodoma predstavljeni delovanje in funkcije več različnih tipov SV naprav. Predstavljene so tudi progovne naprave za zavarovanje medpostajnega odseka. V nadaljevanju je opisana predelava relejne skupine medpostajne odvisnosti, ki je prilagojena za števce osi, izdelava programskega dela za števce osi in diagnostika. Za kontrolo odsekov je uporabljen sistem števcev osi proizvajalca Frauscher Sensortechnik. Za potrebe testiranja je bilo narejeno namensko testno stojalo. Rezultat naloge je funkcionalna naprava, ki zagotavlja varno in zanesljivo delovanje naprave za medpostajno odvisnost.
Ključne besede: medpostajna odvisnost, števec osi, signalnovarnostne naprave, hibridne signalnovarnostne naprave.
13
Abstract
The goal of automating the railway transport is to decrease the influence of human factor in the management system and thus increase its safety. During repetitive work, the worker's attention and awareness decrease, leading to possible mistakes, which can turn into serious accidents. With interlocking, we can safely and reliably control railway traffic. The diploma thesis describes the process of combining two types of interlocking, i.e., relay and electronic, that comprise a device for interstation dependency. With the latter, verbal arrangements for traffic management between the stations are no longer needed. With the help of an axle counter system, the device controls vacancy of the block section and the logical functions of the relays, which protects the train from frontal threats and prevents it from overtaking the other train.
In this diploma thesis, the operation and functions of several different types of interlocking are presented, as well as interstation dependency for securing the block sections between stations. The work includes a description of the processing of the relay group of the interstation dependency, which is adapted for axle counters, the production of software for axle counters and diagnostics. Axle counter system from manufacturer Frauscher Sensortechnik was used to control the sections. A dedicated test stand was designed for testing purposes. The final result of this thesis is a functional device that ensures safe and reliable operation of the device interstation dependency.
Key words: Interstation dependency, Axle counters, Interlocking, Hybrid reley- electronic interlockig.
1
1 Uvod
V današnjem času želimo na področju zagotavljanja varnosti železniškega prometa izključiti možnost človeške napake. Iz psihologije dela vemo, da ob opravljanju stalno ponavljajočega dela, pozornost delavca upada, s čimer se povečuje verjetnost za napake in posledično nesreče. Z avtomatizacijo sistemov lahko v veliki meri odpravimo takšna tveganja. Njihov cilj je zagotoviti izključitev oziroma zmanjšanje vpliva človeškega dejavnika v sistemu ali opremi v celotnem življenjskem ciklu ter tako zmanjšati tveganje sistematičnih napak in povečati varnost ob povečanju zmogljivosti sistemov.
Za zagotovitev pretočnosti in varnosti potniškega ter tovornega prometa je treba vzpostaviti ustrezen nivo železniške infrastrukture. Železniško omrežje v Sloveniji obsega 1.207,7 kilometrov železniških prog, ki jih delimo na glavne in regionalne.
Proge so razdeljene tudi po številu tirov, in sicer na enotirne in dvotirne. Trenutno v Sloveniji poteka nadgradnja in modernizacija železniškega omrežja z namenom, da Slovenija tudi po letu 2023 ohrani mednarodne koridorje. Modernizacija proge mora izpolnjevati evropske standarde potovalnih hitrosti, nosilnosti, komunikacijskih in signalnovarnostnih (SV) sistemov. V podjetju Iskra d. o. o., na oddelku AZP (Avtomatizacija železniškega prometa), si prizadevajo, da na področju SV naprav ponujajo in vgrajujejo naprave, pri katerih je varnost in zanesljivost na najvišjem nivoju. V večji meri izdelujejo in vgrajujejo elektrorelejske SV (ERSV) naprave, bodisi domačih bodisi tujih proizvajalcev. Med glavnimi produkti so postajne SV naprave, naprave za zavarovanje nivojskih prehodov, diagnostični sistemi, brezprekinitvene napajalne naprave, progovne ERSV naprave kot npr. medpostajna odvisnost in avtomatski progovni blok itd.
Moja naloga v podjetju je bila, da za regionalne proge razvijem in prilagodim napravo medpostajne odvisnosti, ki bo cenovno dostopnejša in bo zagotavljala varnost na najvišjem nivoju. Namen naprave je, da preverja prostost oz. zasedenost odseka med dvema postajama. V primeru zasedenega odseka naprava preprečuje izvoz iz
2 1 Uvod
postaje na odprto progo. Naprava je sestavljena iz dveh sistemov, in sicer elektrorelejske naprave in števca osi. Logične in varnostne funkcije so izvedene z elektrorelejsko napravo, za preverjanje zasedenosti in prenos informacij med postajama pa je uporabljen elektronski sistem števcev osi. Oba sistema sta na koncu združena v »hibridno« SV napravo.
Diplomska naloga je razdeljena na več poglavij.
V drugem poglavju je predstavljena teoretična podlaga, ki je potrebna za razumevanje SV naprav. Na kratko so opisani različni sistemi SV naprav, ERSV naprave, progovne naprave, razlike in prednosti med avtomatskim progovnim blokom in medpostajno odvisnostjo. Predstavljen je problem, ki ga naslavlja diplomsko delo ter opisana in predstavljena relejna skupina medpostajne odvisnosti.
V tretjem poglavju je predstavljena programska in strojna oprema sistema števcev osi, ki smo ga uporabili.
V četrtem poglavju je opisano testiranje sistema na testnem stojalu, kjer simuliramo dve postaji z enim medpostajnim odsekom.
V zaključku so podani komentarji in nekaj možnosti za izboljšave sistema.
3
2 Naprava medpostajne odvisnosti
V tem poglavju bom predstavil namen, uporabo, delovanje in funkcije relejne skupine medpostajne odvisnosti. Namen diplomske naloge je združiti dva tipa SV naprav, in sicer elektrorelejsko napravo in elektronsko SV napravo števca osi.
2.1 Varnost in zanesljivost signalnovarnostnih naprav
Za določitev okvirnih pogojev je Evropska unija ustanovila Evropski komite za elektrotehnične norme CENELEC. Eden od standardov je EN 50126, znotraj katerega se pojavi izraz RAMS. Ta izraz predstavlja specifikacije za zanesljivost (ang.
Reliability), razpoložljivost (ang. Availability), vzdrževanje (ang. Maintainability) in varnost (ang. Safety) sistemov v železniški infrastrukturi. Varnost v tem primeru pomeni funkcionalno varnost znotraj sistema in zaščito pred nevarnimi prometnimi situacijami, ki so posledica tehničnih in nenamernih človeških napak. Razpoložljivost je definirana kot zmožnost produkta, da pod različnimi pogoji, v danem časovnem obdobju, opravi zahtevano funkcijo. Pri tem predpostavljamo, da je zagotovljena zunanja pomoč pri izvedbi. Zanesljivost je pomemben faktor, saj nam pove, kako produkt pod določenimi pogoji in določenimi časovnimi intervali opravi svojo funkcijo (uporabnost, pravilnost delovanja, …). Ugotavljamo jo z opazovanjem in izražamo s številom nepravilnosti na časovno enoto. Odvisna je od uporabljenih komponent, kakovosti proizvodnje, intenzivnosti uporabe, starosti in vzdrževanja.
Jasno je, da ima element varnosti absolutno prednost pred zanesljivostjo, saj so posledice nezanesljivosti samo zamude v prometu, posledice neustrezne ravni varnosti pa bi se lahko odražale s povzročanjem materialne škode in ogrožanjem ljudi. V povezavi z zanesljivostjo je pomemben še en faktor, tj., vzdrževanje, ki je odvisno od zanesljivosti, in pove kdaj in kako je potrebno vzdrževati elemente sistema [1],[2].
Vsako gibanje na železniškem območju pomeni določeno stopnjo nevarnosti, ki se z višanjem hitrosti in števila vlakov v istem času in istem prostoru povečuje.
Povišana stopnja nevarnosti je izrazita predvsem na postajah, kjer se dogajajo
4 2 Naprava medpostajne odvisnosti
transportne naloge železniškega prometa kot so: vlakovne vozne poti, premikalne vozne poti, križanja, prehitevanje, ranžiranje vagonov po tirih itd. S takimi operacijami v železniškem prometu lahko v prvi vrsti z gibanjem dveh ali več vlakov ogrožamo varnost na več načinov:
čelno ogrožanje, ki nastane z vožnjo dveh vlakov v smeri drug proti drugemu;
ogrožanje pri sledenju, ki nastane zaradi vožnje dveh zaporednih vlakov v isti smeri, kjer je hitrost drugega vlaka večja od prvega;
bočno ogrožanje, ki nastane na kretniškem področju, kjer pride do križanja ali združevanja dveh tirov.
Da preprečimo opisana ogrožanja, je potrebno uporabljati ukrepe in rešitve z uporabo SV naprav, s čimer izboljšamo prometno tehnološko varnost. Tehnično-tehnološka varnost je lastnost SV naprav, da tehnične okvare, odpovedi in izpadi ne povzročijo ogrožanje varnosti, temveč v takem primeru zaustavijo ali znižajo hitrost odvijanja prometa [1].
2.2 Signalnovarnostne naprave
V nadaljevanju bom na kratko predstavil SV naprave in njihov razvoj. S povečevanjem železniškega prometa so se večale tudi zahteve po večji varnosti prometa, ki so vodila v razvoj SV naprav.
SV naprave so tehnična sredstva, s katerimi zavarujemo kritična mesta kot so:
kretniška področja, postajna področja, odprte proge med postajami, križanja železniških prog s cestami v istem nivoju ipd. Tovrstne naprave zagotavljajo varnost prometa, poleg tega pa omogočajo centralno in s tem optimalno vodenje železniškega prometa na večjih področjih. Poenostavljeno povedano gre za svetlobne in grafične signale ob progi, ki so v medsebojni odvisnosti s kretnicami in drugimi napravami, npr. nivojskimi prehodi itd. SV naprava onemogoča postavitev signalnega znaka
»vožnja dovoljena«, dokler niso vsi elementi vozne poti v stanju, ki zagotavljo potrebno varnost za odvijanje vozne poti. Istočasno SV naprava ne dovoljuje postavitve nove vozne poti v primeru, da se vozne poti križajo ali se kako drugače ogrožajo [3].
Skozi leta in s tehnološkim razvojem železnic so se razvili različni sistemi SV naprav. Razdelimo jih na več skupin:
mehanske postajne SV naprave. Gre za tirne in signalne naprave, katere se je upravljalo ročno. Prometnik je signalne naprave upravljal s pomočjo vzvodov in žice vodov v prometnem uradu. Kretnice je bilo možno obračati samo na samem kraju, opremljene pa so bile s ključavnicami. Prometnik je lahko
5
postavil vozno pot za vožnjo vlaka šele takrat, ko so bile vse kretnice postavljene v pravilno lego in zaklenjene.
elektromehanske postajne SV naprave. Gre za kombinacijo mehanskih in električnih naprav, pri čemer se kretnice in signali postavljajo ročno, varnostni sistemi pa so realizirani elektronsko.
elektrorelejne postajne SV naprave (ERSV). Gre za elektronske naprave, ki nadomeščajo ročno vodenje. Z uporabo električnih signalov se krmilijo vse kretnice, signali, medsebojne odvisnosti med njimi, kontrolira stanje na progi itd.
elektronske postajne SV naprave. Gre za elektronske naprave, ki ne vsebujejo krmilnih relejev. Elektronsko krmiljenje ima pred relejnimi napravami mnogo prednosti, predvsem v funkcionalnosti, saj je jasno, da tovrstni sistemi veliko hitreje obdelujejo logistične informacije. Problem lahko predstavlja varnost in zanesljivost delovanja, vendar z nenehnim razvojem in izboljševanjem elektronskih elementov elektronske SV naprave na nekaterih področjih presegajo ERSV [1].
6 2 Naprava medpostajne odvisnosti
2.2.1 Funkcijska struktura železniškega kontrolnega sistema
Železniški kontrolni sistem je nujno potreben za varno odvijanje prometa na železnici. Kontrolni sistem delimo na dva dela: na SV naprave in na službo za vodenje prometa, ki operativno organizira promet vlakov. Slika 1 predstavlja funkcijsko shemo sodelovanje prometnikov in vlakovnih dispečerjev ter delitev SV naprav. Prometnik je delavec, ki uporablja SV naprave za urejanje prometa tako na železniški postaji kot na odprti progi med sosednjima postajama ter se dogovarja s prometniki v sosednjih postajah in dispečerji za urejanje prometa. Vlakovni dispečer je delavec, ki ureja vlakovni promet na določenem odseku proge, organizira prevoze izrednih pošiljk in obvešča o spremembah v vlakovnem prometu. Za ustrezno urejanje prometa se vsi delavci zanašajo na pripadajoče SV naprave, ki jih delimo glede na prostorsko nameščenost:
zunanje SV naprave,
notranje SV naprave,
napajalne naprave, ki služijo za napajanje notranjih in zunanjih naprav.
Med zunanje SV naprave spadajo vse vrste svetlobnih signalov, naprave za ugotavljanje prisotnosti vozil na tirih, kretnice, raztirniki, balize, nivojski prehodi, oz.
vse naprave, ki jih najdemo ob železniški progi. Med notranje naprave spadajo napajalni del, relejski del, postavljalna miza s tirno sliko in v primeru daljinskega vodenja še naprava za daljinsko krmiljenje.[2]
Slika 1: Funkcijska struktura železniškega kontrolnega sistema
7
2.2.2 Elektrorelejne SV naprave
Nemško podjetje SEL (Standard Elektrik Lorenz) je v šestdesetih letih prejšnjega stoletja razvilo svojo SV napravo, imenovano SpDrL. Po nekaj letih od njene predstavitve je slovensko podjetje Iskra pridobilo njihovo licenco za izdelavo SV naprav. Prva postaja v tej tehniki je bila postaja Medvode v letu 1964. Iskra je z lastnim razvojem razvila naprave nivojskega prehoda in svoje naprave za prometno signalizacijo, ki so bile prilagojene signalnemu pravilniku. Železniška infrastruktura se je v današnjem času posodobila in s tem tudi prometna signalizacija. Prednost elektrorelejne SV naprave je v tem, da je zelo prilagodljiva in jo je mogoče enostavno posodabljati, nadgrajevati in spreminjati glede na zahteve uporabnika. Zato je znanje in razumevanje teh naprav še vedno potrebno. Kljub možnosti vgradenj novejših sistemov SV naprav, je povpraševanje po relejski tehniki še vedno veliko, predvsem zaradi velike zanesljivosti in nižje cene. V zadnjem času se čedalje več uporabljajo tako imenovani »hibridi«, tj., SV naprave sestavljene iz relejske tehnike in elektronskih naprav. Slika 2 prikazuje relejno stojalo s progovnimi relejnimi skupinami na eni izmed postaj.
Slika 2: Relejno stojalo z relejnimi skupinami na postaji Kranj
8 2 Naprava medpostajne odvisnosti
2.2.3 Zgradba elektrorelejnih SV naprav
Že samo ime pove, da je osnovni element teh naprav signalni rele. Uporabljajo se posebni enosmerni signalni releji, pri katerih so kontaktna peresa vodena prisilno, s čimer je onemogočen istočasen kontakt mirovnih ter delovnih kontaktov. Prisilno vodena kontaktna peresa ter dvojni kontakti na vsakem peresu zagotavljajo varno in zanesljivo delovanje. Z vsakim preklopom rele zagotavlja samodejno čiščenje kontaktov, kar zagotavlja zanesljivo delovanje naprav. Posebna vrsta relejev, ki se še uporablja, so bistabilni ali podprti releji. Sestavljeni so iz dveh signalnih relejev in imajo poseben preklopni mehanizem, ki zagotavlja, da je en rele vedno v mirovnem, sosednji rele pa v delovnem položaju. V primeru izgube napajanja, rele ostane v trenutnem stanju.
Vezavo več signalnih relejev v zaključeno funkcionalno enoto imenujemo relejna skupina. Vsaka zunanja naprava ima v notranjem delu svojo relejno skupino.
Poleg teh poznamo še pomožne relejne skupine, ki služijo vodenju prometa. Vse relejne skupine so med seboj povezane po geografskem principu s 30 žilnimi, ti., sledilnimi kabli. Iz načrta povezav relejnih skupin razberemo vse glavne lastnosti SV naprave za določen objekt.
2.2.4 Hibridne SV naprave
V današnjih časih se čedalje več uporabljajo hibridne SV naprave, ki so sestavljene iz elektronskih sestavov in relejev. Ta kombinacija združuje prednosti obeh sistemov v enega, in sicer:
relejna tehnika je varna, zanesljiva, ima dolgo življenjsko dobo, hkrati pa lahko z njo realiziramo vsako SV funkcijo.
elektronske naprave pripomorejo k nadzoru delovanja (človek-stroj), hitreje obdelujejo informacije in so veliko lažje prilagodljive.
V veliko primerih hibridne oblike SV naprav predstavljajo cenejšo rešitev pri izvedbi in večjo fleksibilnost v delovanju sistema.
9
2.3 Progovne SV naprave
Na enotirni progi vozijo vlaki med dvema sosednjima postajama po odprti progi v obe smeri. Odprto progo imenujemo medpostajni odsek, ki je lahko zavarovan ali nezavarovan s SV napravami.
Pri nezavarovanem medpostajnem odseku ima vsaka postaja zavarovan uvoz v postajo z uvoznim signalom, ki ima svoj samostojni predsignal. Promet vlakov med postajama poteka z dogovarjanjem obeh prometnikov s fonogramom. Fonogram je kratko ustno sporočilo prometnika preko komunikacijskih sredstev, ki se snema in je tako dokazljivo. Pred izvozom vlaka iz postaje mora prometnik zahtevati dovoljenje sosednje postaje za sprejem vlaka. Ko dobi dovoljenje, mora prometnik v sosednjo postajo najaviti vlak. Ko vlak prispe v sosednjo postajo, prometnik javi, da je vlak prispel. Temu pravimo odjava vlaka, kar pomeni, da je medpostajni odsek prost in pripravljen na novo vožnjo vlaka v isti ali obratni smeri.
Medpostajni odsek lahko zavarujemo z napravo medpostajne odvisnosti (MO).
Pri uporabi MO dogovarjanje med prometnikoma obeh postaj ni več potrebno. Pri MO je določena smer vožnje vlakov (samo ena postaja ima privolitev za izvoz na odprto progo), kontrolira pa se tudi prostost medpostajnega odseka. Odhod vlaka iz postaje je pogojen s privolitvijo za izvoz in prostostjo medpostajnega odseka. Postaja, ki ima privolitev, lahko to preda drugi postaji, če pošlje zahtevo za izvoz. Z dajanjem privolitve se zagotovi smerno odvisnost, s čimer se preprečuje istočasni izvoz iz obeh postaj ter s tem čelno trčenje. Kadar je odsek zaseden, MO onemogoča preklop signalnega znaka na »prosto« vsem izvoznim signalom na progo.
V diplomski nalogi se bom posvetil napravi MO-N, pri čemer "N" v imenu pomeni, da je naprava nevtralna, tj., nima vnaprej določene smeri vožnje vlaka, ampak se za vsako vožnjo določi smer posebej s postavljanjem izvoza, lahko pa tudi s tipkami zahteve in potrditve privolitve. Na sliki 3 je prikazan pregledni položajni načrt postavitve signalov na dveh postajah. Razlaga signalov je podrobneje opredeljena v Signalnem pravilniku [4, 10. člen, 13. člen]. Signal je svetlobno sredstvo, s katerim se s kombinacijo raznobarvnih utripajočih in prižganih luči, daje signalne znake.
Strojevodje spreminjajo hitrost skladno s signalnimi znaki.
Slika 3: Pregledni položajni načrt postavitve signalov z MO
10 2 Naprava medpostajne odvisnosti
Kadar želimo povečati prepustnost proge, medpostajni odsek razdelimo na več blokovnih odsekov dolžine od 1000 m do 3000 m. V tem primeru uporabimo napravo avtomatski progovni blok (APB), ki omogoča in nadzoruje več zaporednih voženj vlaka v isti smeri med dvema postajama, kar zagotavlja večjo prepustno moč (izkoriščenost) proge. Vsak blokovni odsek je opremljen z glavnim prostorskim signalom in z napravo števcev osi za ugotavljanje prostosti oziroma zasedenosti odseka. Kadar je odsek prost, APB signali kažejo znak »dovoljena vožnja«, kadar je zaseden, prikazujejo znak »stoj«.
Tudi pri APB je določena smer vožnje vlakov s privolitvijo. Odhod prvega vlaka s postaje je tako pogojen s privolitvijo in prostostjo vseh blokovnih odsekov, odhod drugega zaporednega vlaka pa je pogojen le še s prostostjo prvega blokovnega odseka.
Tako kot pri MO, lahko postaja, ki ima privolitev, le-to obrne in preda sosednji postaji.
Na sliki 4 je prikazan pregledni položajni načrt postavitve signalov na dveh postajah in prostornih signalov na medpostajnem odseku. Prostorni signali prepovedujejo ali dovoljujejo vožnjo vlaka v blokovni odsek, ki ga pokrivajo. Prostorni signal, ki hkrati predsignalizira signalne znake uvoznega signala se imenuje preduvozni signal.
Razlaga signalov je podrobneje opredeljena v Signalnem pravilniku [4, 10. člen].
Z vidika varnosti lahko ugotovimo, da s progovnimi napravami zaščitimo tako sklep vlaka, ki bi ga lahko z dohitevanjem ogrožal drugi vlak, kot čelo vlaka, in sicer z določitvijo smeri privolitve, ki preprečuje, da bi poslali vlak v nasprotni smeri.
Opazimo, da se naprave medpostajne odvisnosti praktično ne razlikujejo od naprav avtomatskega progovnega bloka. Glavna razlika je, da je pri napravi MO kontroliran samo en odsek in zato ni potrebe po prostorskih signalih. Sama vgradnja naprav MO ali APB je odvisna predvsem od zahtev prometa na določeni progi. Da zagotovimo varen potek železniškega prometa, zadostuje že vgradnja MO naprav, kjer želimo povečati prepustno moč proge, vgradimo naprave APB.
Slika 4: Pregledni položajni načrt postavitve signalov z APB
11
2.4 Opis problema
Za zagotovitev pretočnosti železniškega prometa je potrebno zagotoviti ustrezen nivo železniške infrastrukture. Vsako posodabljanje prog poteka, če je le možno, s čim manjšim vplivom na železniški promet. To pa pomeni, da je potrebno vsako posodobitev oz. spremembo opraviti v najkrajšem možnem času.
Sam razvoj relejne skupine MO-N sega v 70. leta prejšnjega stoletja, kar pomeni, da je tehnološko že dokaj zastarela. Zaradi nekaterih specifičnih lastnosti uporabljene tehnologije tistega časa, so se pri podjetju Iskra d. o. o. odločili za posodobitev le-te.
Prenos podatkov je potekal po progovnem kablu, tj., bakrenem vodniku, ki je položen ob progi. Po njem se prenašajo potrebni podatki za delovanje SV naprav, ki pa ima omejen domet. Za zasedbo odseka proge so se uporabljali tirni tokokrogi oz. tako imenovane »izolirke«. Ko je vlak pripeljal na kontroliran odsek, je z osmi vlaka naredil kratek stik med tirnicami, kar je naprava zaznala kot prisotnost vlaka na opazovanem odseku. Največja težava pri izvedbi tirnega releja je, da je oprema, ki mora biti vgrajena, relativno draga in zahtevna za vzdrževanje. Poleg tega je občutljiva na vremenske spremembe, dež in zmrzal, ki vplivata na lastnosti, predvsem prevodnost oz. impedanco, tirne grede. V primeru daljšega neobratovanja proge tirnice zarjavijo in povzročajo nezanesljiv stik med kolesi vlaka in tirnico, kar povzroča nezanesljivo delovanje.
12 2 Naprava medpostajne odvisnosti
2.5 Zahteve in delovanje naprave MO-N
Zahteve, ki jih je bilo potrebno upoštevati, sem izbral na podlagi Prometnega pravilnika [5]. Ta določa pogoje in način opravljanja železniškega prometa na območju Slovenije. Zahteve so sledeče:
SV naprave medpostajne odvisnosti (MO) so naprave za avtomatsko zavarovanje in uravnavanje vožnje enega vlaka med izvoznim signalom ene in uvoznim signalom druge postaje.
Vožnjo v odsek medpostajne odvisnosti dovoljuje ali prepoveduje izvozni signal.
Signalne znake uvoznih signalov predsignalizirajo predsignali ali prejšnji glavni signali.
Signalni znak »stoj« na izvoznem signalu postaje na progi z MO je mogoče spremeniti v signalni znak za dovoljeno vožnjo, ko je:
1. medpostajni odsek prost,
2. dana privolitev sosednje postaje za smer vožnje vlaka v to postajo na enotirnih progah in progah, opremljenih za obojestranski promet, in
3. zavarovana izvozna vozna pot vlaka.
V nadaljevanju je opisan postopek delovanja medpostajne odvisnosti z nevtralno smerjo za obojestranski promet na enotirni progi. Slika 5 predstavlja faze delovanja naprave medpostajne odvisnosti.
Osnovno stanje
Postavitev izvoza iz postaje
Izvozni signal na prosto
Vlak zapelje na medpostajni odsek
Izvozni signal gre na stoj in postavitev nove vlakovne poti
je onemogočena Postavitev uvoza v
sosednji postaji Vlak zapusti medpostajni odsek
Vlakovna pot se razreši
Slika 5: Faze delovanja MO-N
13
Naprava MO-N je v osnovnem stanju v nevtralnem položaju na obeh postajah.
Ko prometnik želi postaviti vozno pot na medpostajni odsek, pošlje zahtevo za odobritev smeri v sosednjo postajo. To naredi z uporabo tipk za postavitev izvozne vozne poti. S tem prometnik v sosednji postaji dobi svetlobno javljanje na postavljalno mizo in počasi doneči zvonec najave vlaka. Potrditev smeri se lahko izvede z uporabo tipk ali avtomatsko, če so izpolnjeni naslednji pogoji:
medpostajni odsek mora bit prost,
postavljena ne sme biti nobena vožnja in
uvozni signal mora bit na »stoj«.
Ko je smer odobrena, zvonec preneha zvoniti, vlakovna vozna pot se postavi in postavitev izvozne vozne poti iz te postaje na progo ni več možna. V postaji, kjer je prometnik zahteval odobritev, se prenese potrditev smeri in nato se izvozni signal nameravane vozne poti postavi na »dovoljena vožnja«. S tem strojevodja dobi ukaz, da lahko izvozi iz postaje.
Z vstopom vlaka na medpostajni odsek, se izvozni signal postavi »stoj«, ponovno postavljanje izvoza ni možno. V obeh postajah dobita prometnika javljanje zasedenosti medpostajnega odseka. S približevanjem vlaka postaji mora prometnik te postaje postaviti uvozno vozno pot za vožnjo vlaka v postajo. Z zasedbo prihajajočega vlaka na uvozni odsek se uvozni signal vrne na »stoj« in nato sledi sprostitev medpostajnega odseka. Postavljena progovna vozna pot se razreši in naprava MO-N se vrne v nevtralni položaj.
14 2 Naprava medpostajne odvisnosti
2.6 Opis in funkcije relejev
V nadaljevanju so opisani vsi releji uporabljeni v relejni skupini. Vse kratice relejev so v nemškem jeziku. Razne možnosti funkcijske uporabe naprave se določijo z različnimi programi (mostički, s katerimi dodamo ali premostimo kontakt določenega releja in s tem definiramo funkcionalno delovanje naprave).
Na Sliki 6 so nazorno prikazani simboli in oznake relejev. Uporabljeni simboli so specifični za načrte relejnih skupin. Z njimi nazorneje in na bolj razumljiv način omogočamo »branje« načrtov.
Puščica, ki je narisana na releju ali pri oznaki releja, pomeni, da je rele pritegnjen – kotva pritegnjena zaradi napetosti na navitju.
Slika 6: Simboli in oznake relejev
15
Slika 7 prikazuje razporeditev relejev v relejni skupini.
Releji, ki jih prikazuje Slika 7, so naslednji:
Anf: rele zahteve izvozne vožnje
Aktivira se pri ročni zahtevi oz. najavi s pritiskom na tipki TMO in TI ter povzroči aktiviranje releja SpA1. V aktivnem stanju ostane preko lastnega kontakta in priteznega navitja dokler ne preklopi rele Ri1.
Bl: blokovni rele
Aktivira se pri aktiviranju izvoza na progo pod pogojem, da je medpostajni odsek prost in rele BlP aktiviran. S tem omogoči aktiviranje relejev GIW1/2 in preklop izvoznega signala na signalni znak dovoljene vožnje. Deaktivira se pri zasedbi medpostajnega odseka ter se po sprostitvi le-tega ponovno aktivira. S tem pa sodeluje pri preklopu releja Ri1 v osnovni položaj.
BlGr: rele blokovnega osnovnega stanja
Služi za vzpostavitev osnovnega stanja števca osi oziroma relejne skupine MO-N.
Aktivira se preko releja BlGrT ter ostane aktiven preko lastnega kontakta.
Omogoči preklop relejev Ri1 oz. Ri2 v osnovno stanje. Deaktivira se pri izklopu osnovnega stanja s pomočjo protinavitja, ki se aktivira s pritiskom na tipki TMO in MO vklop.
BlGrT: tipkin rele blokovnega osnovnega stanja
Aktivira se v seriji s števcem, v primeru pomožnega razreševanja relejne skupine MO-N, in sicer s pomočjo tipk TMO in MO izklop.
BlP: preizkusni blokovni rele
Pri vsaki vožnji preverja pravilno delovanje posameznih relejev, ki sodelujejo pri procesu vožnje vlaka iz ene postaje v drugo. Deaktivira se po aktiviranju BI releja in se ponovno aktivira pri zasedbi medpostajnega odseka.
BlT: blokovni tipkin rele
Pri vsaki vožnji preverja pravilno delovanje posameznih relejev, ki sodelujejo pri procesu vožnje vlaka iz ene postaje v drugo.
Slika 7: Razporeditev relejev v relejni skupini
16 2 Naprava medpostajne odvisnosti
EaT: tipkin rele privolitve
Pri vsaki vožnji preverja pravilno delovanje posameznih relejev, ki sodelujejo pri procesu vožnje vlaka iz ene postaje v drugo.
FE: sprejemni rele znaka »prosto« uvoznega signala sosednje postaje Služi za javljanje signalnega znaka uvoznega signala sosednje postaje.
FtM: javljalni rele znaka »prosto« uvoznega signala
Služi za javljanje signalnega znaka na uvoznem signalu lastne postaje.
GBM1: javljalni rele zasedenosti medpostajnega odseka Služi za javljanje zasedenosti medpostajnega odseka.
GBP: preizkusni rele zasedenosti uvozno-izvoznega odseka
Aktivira se pri zasedenosti izvozno-uvoznega tirnega odseka pod pogojem, da je postavljena izvozna vožnja. Aktiviran ostane preko lastnega kontakta in držalnega navitja dokler Ri1 ne preklopi v osnovni položaj.
GBP1: preizkusni rele zasedenosti medpostajnega odseka
Preverja pravilno delovanje relejev GFM1 in GBM1 pri zasedbi medpostajnega odseka. S tem omogoči aktivacijo releja BIP.
GFM: javljalni rele prostosti uvozno-izvoznega odseka Služi za javljanje prostosti izvozno-uvoznega tirnega odseka.
HaM: javljalni rele znaka »stoj« uvoznega signala
Služi za javljanje znaka »stoj« na uvoznem signalu lastne postaje. S tem omogoči preklop releja Ri2 v osnovno stanje.
HE: sprejemni rele znaka »stoj« uvoznega signala sosednje postaje
Služi za sprejem javljanja zasedenosti tira oziroma pojma STOJ uvoznega signala sosednje postaje.
N: rele napake
Služi za javljanje napake, kadar so na medpostajnem odseku naprave CPr-DK ali za odvisnost z drugimi napravami. Z deaktivacijo povzroči tudi deaktivacijo releja BI.
Ri1: smerni rele 1
Rele, ki s preklopom omogoči izvoz na progo. Istočasno prepreči preklop releja Ri2, s tem pa izvoz na progo sosednji postaji. V osnovno stanje preklopi po sprostitvi medpostajnega odseka ali s komando blokovnega osnovnega stanja.
Ri2: smerni rele 2
Rele, ki s preklopom prepreči izvoz na progo in s tem omogoči preklop releja Ri1 v sosednji postaji. V osnovno stanje preklopi po sprostitvi medpostajnega odseka ali s komando blokovnega osnovnega stanja.
17
SpA1: oddajni rele zapore smeri 1
Aktivira se pri ročni ali avtomatski zahtevi oz. najavi za izvoz na progo. S tem povzroči deaktivacijo releja SpE1 v sosednji postaji. Po preklopu releja Ri1 ostane aktiviran preko lastnega kontakta. Deaktivira se po preklopu releja Ri1 v osnovno stanje.
SpA2: oddajni rele zapore smeri 2
Aktivira se po aktivaciji releja SpE1, v kolikor so postajni signalno varnostni napravi izpolnjeni pogoji. S tem omogoči preklop releja Ri2 in aktivacijo releja SpE2 v sosednji postaji. Aktiviran ostane preko lastnega kontakta do preklopa releja Ri1 v osnovno stanje.
SpE1: sprejemni rele zapore smeri 1
V osnovnem stanju je aktiviran in se deaktivira, ko se aktivira rele SpA1 v sedanji postaji. S tem omogoči tudi aktivacijo releja SpA2.
SpE2: sprejemni rele zapore smeri 2
Služi za sprejem kriterija zapore smeri 2, ko se v sosednji postaji aktivira rele SpA2. S tem omogoči preklop releja Ri1.
2.7 Priključitev relejne skupine
Povezave med relejnimi skupinami prikazuje Slika 8. V Prilogi 1 je prikazana električna shema vezave FAdC R2 na relejno skupino MO-N. V vsaki postaji je nameščena ena relejna skupina MO-N, in sicer za vsak medpostajni odsek svoja, ki je s sledilnim kablom na priključku A priključena na relejsko skupino progovne vozne poti na priključku E. Obe relejni skupini MO-N sta med seboj povezani z, npr.
Frauscherjevim sistemom števca osi FAdC, ki med postajama komunicira s pomočjo varnega protokola preko vmesnika Ethernet.
Slika 8: Priključitev relejnih skupin
18 2 Naprava medpostajne odvisnosti
2.8 Mizni mozaiki tirne slike medpostajne odvisnosti
Za delovanje SV naprave je pomembna postavljalna naprava (ang. Man- Machine Interface - MMI), kjer upravljavec (prometnik) ureja promet na postaji.
Izvedba postavljalne naprave je lahko miza, ki je sestavljena iz tipskih mozaikov. Ti ponazarjajo geografski prikaz zunanjih SV naprav in tirov. V podjetju Iskra so razvili programsko opremo za nadzorni sistem železniškega prometa (TRIS), ki ima enake funkcije kot miza in omogoča daljinsko urejanje prometa preko monitorja s pomočjo miške in tipkovnice. Osredotočil sem se na izvedbo z mozaiki, saj bodo naprave MO- N v večini primerov vgrajene na postaje na regionalnih progah, kjer je upravljanje prometa običajno omogočeno samo s postavljano mizo z mozaiki. V nadaljevanju so opisani mozaiki, ki so potrebni za napravo MO-N.
Vse pomembne ukaze, ki so bistveni za varnost železniškega prometa lahko izvršimo izključno s sočasnim pritiskom na dve tipki. Kadar je relejna skupina uporabljena za ročno potrjevanje smeri, se vgradi mozaik s skupinsko tipko privolitve (TsPr). Uporablja se skupaj s tipko medpostajne odvisnosti (TMO) na eni ali drugi strani postaje. Za avtomatsko potrjevanje privolitve smeri vgradnja mozaika ni potrebna.
Mozaik s tipkama za vklop in izklop osnovne lege MO se uporablja skupaj s tipko TMO. Kadar imamo na napravi motnjo ali lažno zasedbo medpostajnega odseka, lahko z vklopom osnovne lege napravo MO-N vrnemo v osnovno stanje in ponastavimo števec osi. Uporaba teh tipk se registrira na števcu. Vsako uporabo vklopa in izklopa osnovne lege mora prometnik zagovarjati, tj., opravičiti namen uporabe z zapisom v dnevnik uporabe izrednih manipulacij. Tipke in števec medpostajne odvisnosti so prikazane na Sliki 9. V Prilogi 3 je prikazana električna shema javljalnika MO-N.
Slika 9: Tipke in števec medpostajne odvisnosti
19
2.8.1 Javljalnik smeri in stanja medpostajnega odseka
V osnovnem stanju so vsi javljalniki nerazsvetljeni. S postavitvijo izvozne vozne poti se na javljalniku smeri pojavi rumena utripajoča lučka, kar pomeni, da je bila poslana zahteva za odobritev vožnje. V sosednji postaji se na javljalniku smeri prav tako pojavi utripajoča rumena lučka. Odobritev smeri se lahko izvede avtomatsko ali s tipkami TMO in TsPr. Pri avtomatski odobritvi zaradi hitre odobritve ne opazimo rumene utripajoče luči. Ko je smer potrjena, javljalnik smeri na postaji, ki ima postavljen izvozno vozno pot, zasveti rdeče in sveti do razrešitve vozne poti. To pomeni tudi, da v tej smeri po tem tiru ni mogoče postaviti še ene izvozne poti. Na postaji, v katero imamo postavljeno vozno pot, javljalnik smeri sveti rumeno.
Javljalnik stanja odseka z rdečo barvo javlja, da je medpostajni odsek zaseden. Če javljalnik utripa rdeče, s tem javlja, da je vključena osnovna lega MO. Javljalnike smeri prikazuje Slika 10.
V Prilogi 2 je prikaz vezave javljalnika MO-N na relejno skupino.
Slika 10: Javljalnik MO-N
21
3 Načrtovanje programske in strojne opreme števca osi
V tem poglavju je opisana strojna in programska oprema števca osi. Pri izbiri strojne opreme je bilo potrebno upoštevati varnostne zahteve, kot jih določajo standardi CENELEC EN 50126-1 / EN 50128 / EN 50129 . Vse te zahteve izpolnjuje naprava FAdC R2 proizvajalca Frauscher Sensortechnik. Poleg vseh varnostnih zahtev ima tudi dovoljenje za vgradnjo proizvoda na Slovenskih železnicah skladno s
"Pravilnikom o ugotavljanju skladnosti in o izdajanju dovoljenj za vgradnjo elementov, naprav in sistemov v železniško infrastrukturo" (Ur. l. RS, št. 82/06 in spremembe).
3.1 Varnostni standard SIL 4
Kljub vsem varnostnim napravam, se nesreče še vedno dogajajo. Zato so razvili standarda EN 50128 / EN 50129, ki sta namenjena za železniško infrastrukturo. Del tega omenja SIL (ang. Safety Integrity Level) oz. standard ravni integritete varnosti, kar pomeni zaupanje v varnostne sisteme. SIL je merilo učinkovitosti varnostnega sistema v smislu verjetnosti okvare na zahtevo. SIL 4 je najvišja od štirih stopenj varnosti, s čimer je pogojeno tudi izpolnjevanje najvišjih zahtev. Za sistem to pomeni, da je treba pri potrditvi varnosti za splošno strojno in programsko opremo dokazati izpolnitev najvišjih zahtev v skladu z danimi določbami, in da se za vsako varnostno relevantno funkcijo navede kakovostni in količinski varnostni cilj (stopnja nevarnosti) ter dokaže z ustreznim potrdilom o varnosti. [6]
3.2 Uporaba števca osi
Sistem štetja osi služi za varno spremljanje definiranih tirnih odsekov ali določenih kretnic. Delovanje sistema števca osi deluje na principu prištevanja in odštevanja osi v ali iz tirnih odsekov. Če os železniškega vozila prevozi senzor koles na začetku tirnega odseka, sistem štetja osi poveča vrednost na števcu ustreznega
22 3 Načrtovanje programske in strojne opreme števca osi
odseka za 1. Če os železniškega vozila prevozi senzor koles na koncu tirnega odseka, sistem štetja osi zmanjša vrednost na števcu ustreznega odseka za 1. S primerjanjem prištetih in odštetih osi je možno izdajati statuse o stanju tirnih odsekov.
3.3 Struktura števca osi FAdC R2
Na začetku in na koncu vsakega tirnega odseka je nameščen senzor osi, ki ga sestavljajo števna glava s ploščo za prenapetostno zaščito BSI in evalvacijska enota AEB. Senzor omogoča tako zaznavo vseh osi železniških vozil, ki se peljejo po tiru, kot tudi smer vožnje zaradi 2 sistemov elektronskega senzorja. Sistem 1 se nahaja na levi strani, sistem 2 pa na desni strani števca osi.
Slika 11 prikazuje funkcionalno strukturo sistema števcev osi. Informacije o številu osi se na AEB posredujejo preko štiri-žilnega vodnika, ki je povezan na druge plošče AEB z vodilom CAN. Po tem, ko se ovrednoti informacija o oseh, AEB določi ali je odsek prost ali zaseden. Znak »prosto« ali »zasedeno« je posredovan od AEB na plošče COM, ki so povezane z vodilom CAN. Moduli COM med seboj komunicirajo preko vmesnika Ethernet. Komunikacija Ethernet je lahko izvedena preko optičnih vlaken, bakrenih telefonskih paric DSL ali preko brezžičnega omrežja. Z modulom COM lahko povežemo tudi sistem Frauscher diagnostic system (FDS). FDS omogoča, da lahko preko spletnega brskalnika kjer koli pregledujemo informacije o števcih.
Znak »prosto« ali »zasedeno« je lahko poslan za nadaljnje procesiranje s pomočjo vitalnega protokola preko vmesnika Ethernet na modul COM ali pa preko breznapetostnih relejskih kontaktov od IO-EXB, ki je povezan na AEB. [7]
Slika 11: Struktura FAdC R2
3.3 Struktura števca osi FAdC R2 23
3.3.1 Komponente in moduli sistema za štetje osi
Sistem za štetje osi je zasnovan modularno in ga glede na potrebe in zahteve poljubno sestavljamo ali spreminjamo [7]. Sistem sestavljajo naslednje komponente:
Števec osi. Sestavljen je iz dveh sistemov senzorja. Senzorja sta nameščena na vsaki strani števca osi. Skupaj tvorita senzor osi. Senzor povežemo s štiri- žilnim kablom, pri čemer sta dve žili uporabljeni za napajanje senzorja, ostali dve pa za posredovanje stanja vsakega senzorja v števcu.
Napajalni modul PSC. Oskrbuje celotni sistem števcev osi z energijo. Vsem modulom in senzorjem zagotavlja konstantno napetost.
Prenapetostna zaščita BSI. Služi za zaščito notranje opreme pred udari strele in kratkimi stiki na zunanjih vodnikih.
Evalvacijska enota AEB se uporablja za napajanje in vrednotenje senzorja osi. Obdeluje in pošilja informacije o stanju senzorja osi ter stanju odseka.
Modul omogoča tudi, da lahko ročno ponastavimo števec ali simuliramo zasedbo števca osi.
Vhodno izhodni modul IO-EXB. Uporabljamo ga v kombinaciji z modulom AEB, saj modul ne more biti konfiguriran, temveč prejema konfiguracijo od AEB. Glede na zahteve konfiguracije lahko modul IO-EXB uporabimo za eno izmed treh funkcionalnosti: za prikaz stanja prosto ali zasedeno za do dva tirna odseka, za varen prenos podatkov ali za prikaz izhodnih podatkov števne glave (smerne in sistemske informacije).
Komunikacijski modul COM. Glavna naloga modula COM je posredovanje podatkov o stanju števcev osi. Poleg tega sprejema in nudi podatke ostalih modulov AEB in IO-EXB. Na modul je naložena konfiguracija preko kartice CF, z njim pa lahko neposredno prenašamo digitalne podatke po protokolu do elektronske naprave različnih proizvajalcev, ki podpirajo protokole drugih naprav.
24 3 Načrtovanje programske in strojne opreme števca osi
3.4 Vhodno izhodni modul IO-EXB
Odvisno od konfiguracije se lahko vhodi na IO-EXB uporabljajo kot je navedeno in prikazano na Sliki 12:
ponastavitev vnosov (medpostajnega odseka),
vnosi stanja števnih glav,
digitalni vnosi za prenos podatkov.
Odvisno od konfiguracije, izvajajo preklopni izhodi IO-EXB naslednje naloge:
prikaz števca osi:
- prosto/zasedeno prikaz, - prikaz pomožnih izhodov,
prenos podatkov ter
prenos štetja števnih glav:
- prikaz smernih pošiljanj ali sistemskih pošiljanj.
Da zadostimo varnostnemu standardu SIL 4, moramo vse vhode in izhode uporabiti četverno, kar pomeni, da se en vnesen argument prebere večkrat z uporabo 4 fizično ločenih vhodov oziroma en poslan argument pomnoženo pošlje z uporabo 4 fizično ločenih izhodov. Četverna uporaba vhodov in izhodov se uporablja za prenos vitalnih podatkov, vendar pa z zunanjim nadzorom. Zato se morajo fizični vhodi ali izhodi povezati tako, da lahko prejemajo podobne signale. Ker je v konkretnem primeru uporabljen sistem števcev osi v kombinaciji z relejnimi skupinami, ki imajo dodatne varnostne funkcije, zadostuje že uporaba dvojnega vnosa, kar prav tako izpolnjuje zahteve varnostnega standarda.
Slika 13 prikazuje vezavo vhodov in izhodov pri prenosu podatkov. Pri motnjah ali napakah, kot so: pretrgane žice, prenapetost, kratek stik v žici, lažna zasedenost
Slika 12: Primer osnovnega vezja za vhod optičnega sklopnika za IO-EXB
3.5 Konfiguracija 25
sistema, simultane spremembe obeh sistemov v prostem statusu, permanentna sistemska zasedenost ali okvarjeni sistem senzorja; mora FAdC javljati zasedbo oseka relejni skupini in javljati napako. S tem se zadosti varnostnim funkcijam.
3.5 Konfiguracija
S sistemom štetja osi Frauscher FAdC lahko rešimo skoraj vsako tirno situacijo.
Zaradi uporabe standardne kode ASCII, za ustvarjanje konfiguracijskih datotek niso potrebna posebna orodja ali programi. Pri pisanju kode smo si pomagali s programom Notepad++, ki je primeren za vse odprtokodne programske jezike. Pri konfiguraciji se ustvari konfiguracijska datoteka za vsak modul, ki se ga bo konfiguriralo.
Konfiguracijska datoteka vsebuje besede konfiguracije in parametre konfiguracije, ki so postavljeni za vsako besedo. Konfiguracijske datoteke vseh modulov, ki bodo konfigurirane znotraj istega segmenta CAN, so shranjene na karticah CF na vsakem modulu COM.
Slika 13: Primer vezave vhodov in izhodov pri prenosu podatkov
26 3 Načrtovanje programske in strojne opreme števca osi
3.5.1 Struktura datotek
Vsaka konfiguracijska datoteka je sestavljena iz več blokov. Obstajajo trije ključni bloki: [IDENTIFICATION], [CONFIG] in [PROTECTION]. Na Sliki 14 je prikazan vrstni red, v katerem si morajo bloki slediti v datoteki, da bo program pravilno deloval. V bloku [IDENTIFICATION] identificiramo modul, za katerega je namenjena datoteka. Uporabljen je vedno samo en blok. V bloku [CONFIG] so nastavljene in konfigurirane funkcije in naloge modulov. Blokov lahko definiramo in uporabimo več, odvisno od potreb in zahtev. Zadnji blok v datoteki je blok [PROTECTION], ki preverja ali je bila končna kontrola programa izvedena s strani programerja in potrjevalca konfiguracije, tj. osebe, ki je pregledala in potrdila konfiguracijo.
Slika 14: Vrstni red blokov
3.5 Konfiguracija 27
3.5.2 Izdelava konfiguracije
Pred začetkom izdelave konfiguracijskih datotek sem naredil primer pregledne risbe s kabelskim razpletom, razporeditvijo naprav in vsemi pomembnimi informacijami, ki je v pomoč pri lažji izdelavi. Na Sliki 15 so: postaja A z uvoznim signalom »B«, postaja B z uvoznim signalom »A«, medpostajni osek z oznako 001 in razporeditev vezave naprav števcev osi ter naprave medpostajne odvisnosti. Števec osi se vgradi na tir 50 metrov za uvoznim signalom oziroma se odvisno od progovne hitrosti, razdalja izračuna.
Nato se lotimo izdelave konfiguracijskih datotek za vsak modul AEB in COM.
Pred izdelavo se naredi razporeditev modulov za ohišje, ki se vgradi na vsaki postaji, kar prikazuje Slika 16.
Pričnemo z modulom AEB, v katerem je na začetku vedno blok [IDENTIFICATION], ki ga prikazuje Slika 17. V njem določimo identifikacijsko številko modula, ki se ne sme ponoviti pri drugih modulih. Zaradi varnosti moramo številko ID na modul vnesti tudi ročno, preko stikal DIP. Ta postopek moramo opraviti za vse module AEB in COM.
Slika 16: Razporeditev modulov po BGT na vsako postajo Slika 15: Pregledna risba s razporedom naprav
Slika 17: Identifikacijski blok za števec osi
28 3 Načrtovanje programske in strojne opreme števca osi
Slika 18 prikazuje konfiguracijska bloka za določitev števcev osi (ŠO) za medpostajni odsek. Pri izdelavi konfiguracije se vedno upošteva, da se števec montira na levo tirnico. Ko bo vlak peljal iz B strani A postaje proti A strani B postaje, bo najprej prevozil sistem 1, nato pa še sistem 2. To imenujemo vožnja v pravo smer.
Modul AEB bo zaznal pravilno zaporedje, prištel eno os na modulu IO-EXB, ki napravi MO-N pošlje informacijo o zasedbi odseka. Vlak, ki se približuje števcu osi 2, bo povzročil enako zaporedje proženja, tj. najprej sistem 1, nato sistem 2. Modul AEB bo ponovno prištel os, kar pomeni, da bo odsek še vedno zaseden. Ker tega nočemo in v tem primeru želimo, da AEB odšteje os, v bloku določimo smerno inverzijo.
Vse pomembne varnostne funkcije morajo biti izvedene tako, da ob kakršnih koli napakah odreagirajo. V relejnih skupinah je ena od rešitev ta, da so vsi varnostno pomembni releji v osnovnem stanju aktivirani. V primeru izgube napajanja ali kratkega stika na varovalkah, bodo releji neaktivni. Varnostni sistem kljub temu še vedno deluje. Funkcije kot so: postavitev voznih poti, postavitev signalov na »prosto«, premikanje kretnic itd., pa so onemogočene do odprave napak. Zato se tudi pri FAdC za javljanje prostosti uporabljajo mirovni kontakti, ki v primeru izgube napajanja, javljajo zasedbo medpostajnega odseka.
Na Sliki 19 vidimo blok, v katerem določimo mirovne kontakte releja za javljanje zasedbe odseka. Za javljanje prostosti odseka zadostujejo delovni kontakti.
Poleg izgube napajanja FAdC ob vsakršni motnji v komunikaciji ali v omrežju, na senzorjih, modulih itd., javi zasedbo odseka.
Slika 18: Nastavitev števca osi
Slika 20: Določitev izhodnih kontaktov
3.5 Konfiguracija 29
Z vklopom osnovne lege MO ponastavimo vse releje v relejni skupini v osnovno stanje in MO se ponastavi na »prosto«. Pri tem se vklop osnovne lege zabeleži na števcu. Obstaja 12 različnih možnosti ponastavitve odseka. V Sloveniji so v uporabi:
Behav Input1 Pre Reset + Reset,
Behav input2 Pre Reset + Reset+ clearing of track,
Reset.
Po ponastavitvi se FAdC postavi v stanje F013, kar pomeni, da se stanje ponastavi avtomatsko po prvi pravilni zasedbi in sprostitvi odseka s tirnim vozilom.
Temu rečemo vlak čistilec. V kolikor na tem odseku dlje časa ni prevoza vlaka, je naslednji korak za neposredno ponastavitev še dodatna potrditev ponastavitve v prostoru, kjer je vgrajen FAdC. To po navadi naredi vzdrževalno osebje. S tem ukazom se izvede t. i. pred ponastavitev (ang. Pre Reset), ki prometniku na postavljalni mizi omogoči, da še enkrat naredi ponastavitev odseka, v kolikor se prej prepriča, da na odseku ni tirnega vozila. Po ponastavitvi se na postavljalni mizi obrne števec za +1, pri tem pa mora prometnik zabeležiti vzrok za ponastavitev. S tem je zagotovljeno, da vzdrževalno osebje ne more brez pomoči prometnika ponastaviti odseke in s tem nehote izbrisati zasedbo odseka, kjer stoji tirno vozilo. Vse naštete funkcije se nastavijo v bloku, ki je prikazan na Sliki 20. Zaradi standarda SIL4 sta, uporabljena dva vzporedno vezana optična sklopnika. Z vklopom osnovne lege bosta služila za ponastavitev medpostajnega odseka. V Tabeli 1 je prikazana zasedba priključka za javljanje prostosti, zasedbe in ponastavitev števca osi. V Prilogi 1 je prikazana vezava priključka na relejno skupino za javljanje prostosti odseka in ponastavitve števca osi.
Slika 21: Nastavitev vhodnih modulov
30 3 Načrtovanje programske in strojne opreme števca osi Tabela 1: Zasedba konektorja za javlajnje prostosti, zasedbe in ponastavitev števca osi
Št.
Pin Funkcija MO-N Št.
Pin Funkcija MO-N 1c Ni v uporabi 1b Ni v uporabi 2c Ni v uporabi 2b Ni v uporabi 3c Ni v uporabi 3b Ni v uporabi 4c Ni v uporabi 4b Ni v uporabi 5c Fm_A
GFM1 Prostost
odseka
5b AUX1_OUT
GBM1 Zasedba
odseka
6c Fm_A 6b AUX1_OUT
7c Fm_B 7b AUX2_OUT
8c Fm_B 8b AUX2_OUT
9c Fm_C
- minus
9b AUX1_OUT /
10c Fm_C 10b AUX1_OUT /
11c Fm_D 11b AUX2_OUT /
12c Fm_D 12b AUX2_OUT /
13c Ni v uporabi 13b Ni v uporabi 14c BEHAV_INPUT1_A Osnovno
stanje števca osi
14b BEHAV_INPUT3_A / 15c BEHAV_INPUT1_A 15b BEHAV_INPUT3_A / 16c BEHAV_INPUT1_B 16b BEHAV_INPUT3_B / 17c BEHAV_INPUT1_B 17b BEHAV_INPUT3_B / 18c BEHAV_INPUT2_A / 18b BEHAV_INPUT3_A / 19c BEHAV_INPUT2_A / 19b BEHAV_INPUT3_A / 20c BEHAV_INPUT2_B / 20b BEHAV_INPUT3_B / 21c BEHAV_INPUT2_B / 21b BEHAV_INPUT3_B / 22c Ni v uporabi 22b Ni v uporabi
… … … …
32c Ni v uporabi 32b Ni v uporabi
Vsak modul COM se lahko uporabi samo za eno, že prej omenjeno, funkcijo. Za prenos informacij zadostuje dvojni vnos za zagotovitev varnostnega standarda SIL 4.
Slika 21 prikazuje blok za konfiguracijo modula IO-EXB za prenos podatkov. V Tabeli 2 je prikazana zasedba priključka, ki je vezana na relejno skupino. Vezava je prikazana v Prilogi 1. Kljub zadostnim številom prostih kontaktov na prvem IO-EXB modulu, moramo uporabiti še enega, ker lahko vsak modul opravlja samo eno funkcijo.
Slika 22: Prenos podatkov
3.5 Konfiguracija 31 Tabela 2: Zasedba konektorja za prenos podatkov
Št.
Pin Funkcija MO-N Št.
Pin Funkcija MO-N 1c Ni v uporabi 1b Ni v uporabi 2c Ni v uporabi 2b Ni v uporabi 3c Ni v uporabi 3b Ni v uporabi 4c Ni v uporabi 4b Ni v uporabi 5c OUT1A
SpE1
5b OUT2A
HE (navitje
releja)
6c OUT1A 6b OUT2A
7c OUT1B 7b OUT2B
8c OUT1B 8b OUT2B
9c OUT1C
SpE2
9b OUT2C
FE (navitje
releja)
10c OUT1C 10b OUT2C
11c OUT1D 11b OUT2D
12c OUT1D 12b OUT2D
13c Ni v uporabi 13b Ni v uporabi 14c IN1A
SpA1
14b IN2A
Ftm (mirovni kontakt)
15c IN1A 15b IN2A
16c IN1B 16b IN2B
17c IN1B 17b IN2B
18c IN1C
Ri2
18b IN2C
Ftm (delovni kontakt)
19c IN1C 19b IN2C
20c IN1D 20b IN2D
21c IN1D 21b IN2D
22c Ni v uporabi 22b Ni v uporabi
… … … …
32c Ni v uporabi 32b Ni v uporabi
Konfiguracijske datoteke za module COM so namenjene komunikaciji za pošiljanje informacij za nadaljnjo obdelavo. Vsaka datoteka se začne z blokom [ID], kjer identificiramo blok. Nato določimo naslov IP in masko omrežja za našo napravo.
Prvi blok na Sliki 22 prikazuje določitev naslova IP: 10.20.10.101 za prvi vhod Ethernet 1 na modulu COM in masko omrežja 255.255.255.0. Kadar naročnik zahteva redundanco za prenos informacij uporabimo oba vhoda Ethernet 1 in Ethernet 2. To storimo s tretjim blokom CFG_IP_SWITCH. V našem primeru ni zahteve po redundanci, saj za funkcijsko testiranje ni potrebna.
32 3 Načrtovanje programske in strojne opreme števca osi
Slika 23 prikazuje določitev naslovnika prejemanja podatkov na naslovu IP:
10.20.10.201. V konkretnem primeru gre za modul COM v A postaji in določitev privzetega prehoda z naslovom IP: 10.20.10.254. Poleg povezave s postajo, se podatki pošiljajo tudi centralnemu sistemu za diagnostiko Frauscher Diagnostic System FDS.
Z besedo CFG_FWRD_ACD pošiljamo podatke o števcih. V konkretnem primeru se pošiljajo podatke od AEB ID: 101 v drugo postajo v modul AEB ID:201.
Slika 24: IP naslov naprave
Slika 23: Blok z nastavitvami IP naslov prejemnikov
3.5 Konfiguracija 33
»Projektna številka« je potrebna in pomembna kot blok ID. Številko projekta je potrebno uporabiti v vseh modulih, ki jih zajema projekt in so povezane na istem omrežju. Moduli, ki nimajo iste projektne številke, med sabo ne morejo komunicirati, kar onemogoča delovanje sistema. Slika 24 prikazuje blok vnesene projektne številke 10100.
Zadnji blok v konfiguracijski datoteki, ki ga prikazuje Slika 25, je blok [PROTECTION]. V njem povemo, katero komponento konfiguriramo, tj. modul AEB ali modul COM, ter nastanek datoteke. Ko datoteko shranimo, moramo izvesti končno kontrolo z aplikacijo ACC (ang. Advanced Checksum Calculator), ki v datoteko avtomatsko vnese ciklično preverjanje redundance (ang. Cyclic Redundancy Check – CRC). V zadnjem koraku vnesemo datum in čas zadnjih sprememb. V primeru enakih časovnih vrednosti, konfiguracijska datoteka ne bo delovala.
Slika 25: Projektna številka
Slika 26: Protection blok
34 3 Načrtovanje programske in strojne opreme števca osi
3.6 Diagnostični sistem
Diagnostični sistem Frauscher Diagnostic System (FDS) lahko uporabljamo za diagnostiko, spremljanje in preventivne preglede sistema števcev osi. Prikazan je na Sliki 26. Centralni računalnik poskrbi, da lahko dostopamo do podatkov, kjer koli želimo, preko spletnega brskalnika.
Diagnostika omogoča spremljanje podatkov kot so:
spremljanje stanja odseka (prost ali zaseden),
stanje števca osi,
status odsekov in napak,
čas zadnje uporabe števcev osi,
hitrost in premer osi s katero povozimo števec osi,
statistika uporabe ročne ponastavitve števcev osi in
druge diagnostične podatke.
Prednosti uporabe diagnostike:
zniža stroške vzdrževanja sistema,
hitro in učinkovito zaznavanje težav in s tem odpravljanje le-teh,
pregled in spremljanje trenutnega stanja diagnosticiranega sistema kjer koli želimo.
Slika 27: FDS
3.6 Diagnostični sistem 35
Slika 28 prikazuje preprosto pregledno risbo z dvema števcema osi, v konkretnem primeru za medpostajno odvisnost. Za vsak element lahko pregledamo trenutne diagnostične podatke. Pri števcu osi lahko spremljamo status sistema 1 in 2, zadnjo uporabo ponastavljanja števca, kontrolo štetja osi, smer prečkanja števca osi, hitrosti in premer zadnje osi, ki je prečkala števec. Spremljamo lahko tudi stanje medpostajnega odseka, kar pomeni spremljanje zasedenosti oz. prostosti odseka, število osi na odseku ter preverimo morebitne motnje ali napake v sistemu. V levem spodnjem kotu vidimo, kateri moduli so uporabljeni pri MO.
Na sliki 29 spremljamo zgodovino diagnostičnih podatkov za točno določeno časovno obdobje.
Slika 28: Spletna stran FDS
Slika 29: Beleženje podatkov
37
4 Testiranje delovanja
Za testiranje zgrajenega sistema sem izdelal testno stojalo, kjer sem simuliral dve postaji in med njima medpostajni odsek. Testiranje razdelimo na tri dele. Prvi del testiranja zajema analizo enojnih napak, kjer preizkusimo delovanje vseh relejev in modulov. Drugi del zajema sprotno testiranje pri sami izgradnji stojala, pri katerem preverjamo vsak vgrajeni mozaik in vse povezave med relejno skupino in števcem osi.
Tretji del testiranja se izvede, ko je izdelek v celoti dokončan. Pred testiranjem je bilo potrebno na vsako postajo povezati še dodaten simulator relejne skupine progovne vozne poti. Simulator je namenjen javljanju stanja izvoznega odseka (prost ali zaseden), stanja izvoznega signalnega znaka (»prosto« ali »stoj«) ter izvoza iz postaje.
Ko je bilo stojalo izdelano, kot prikazuje Slika 30, in simulatorji priključeni, sem se lotil sistemskega testiranja.
Slika 30: Testno stojalo z vgrajeno opremo, ki se bodo po testiranju dogradilo na dveh postajah
