Контроль параметров устройств автоматики в Петербургском метрополитене

Введение

Метрополитены имеют большое значение в системах городских пассажирских перевозок крупнейших мегаполисов мира. Данный вид транспорта удобен тем, что значительно экономит время пассажиров в сравнении с затратами на перевозки наземным транспортом.

Петербургский метрополитен ежедневно осуществляет перевозки более 2 млн пассажиров [1], что является вторым показателем в России и четвертым в Европе. Бесперебойную работу линий метрополитена поддерживают как системы автоматического управления, так и обслуживающий и управляющий персонал.

Важными звеньями в процессе управления в метрополитене являются средства автоматики и телемеханики — именно с их помощью осуществляется регулирование движения электропоездов [2]. В связи с этим необходимо предупреждать нарушения в работе средств автоматики, т. к. возникновение отказов последних может повлечь за собой сбои в графике движения поездов.

Одним из наиболее эффективных способов повышения безотказности устройств автоматики и телемеханики является использование систем внешнего технического диагностирования и мониторинга [3].

Системы мониторинга решают задачу обеспечения высокого уровня надежности за счет непрерывного «наблюдения» за ключевыми параметрами устройств автоматики. При этом системы мониторинга не только в автоматическом режиме производят измерения параметров, но и являются средством помощи техническому персоналу.

Разработанная ЗАО «МГП «ИМСАТ» система технического диагностирования и мониторинга в настоящее время широко внедряется на сети железных дорог Российской Федерации [4]. В 2013 г. было принято решение применить разработанную систему для контроля устройств автоматики на станциях и перегонах Петербургского метрополитена. Адаптированная для устройств метрополитена система дистанционного контроля получила название «Комплексная система диагностирования и мониторинга устройств автоматики, телемеханики и движения поездов» (АТДП). Первыми объектами, где была внедрена система АТДП, стали станции метрополитена «Парнас» Московско-Петроградской линии и «Спасская» Правобережной линии.

Система АТДП в метрополитене

АТДП позволяет осуществлять контроль любых систем автоматики, в том числе легко стыкуется с современными микропроцессорными системами управления. Оборудование системы централизации стрелок и сигналов средствами АТДП направлено на создание крупного диагностического комплекса, получающего информацию не только от специализированных контроллеров съема диагностических данных, но и от всех действующих измерительных и управляющих систем.

АТДП строится по иерархическому принципу и включает в себя концентратор информации (промышленный компьютер), набор контроллеров съема диагностических данных, каналообразующее оборудование, а также автоматизированные рабочие места (АРМ) электромехаников. Контроллеры подключаются в ответственные узлы схем автоматики с соблюдением всех условий безопасности и с заданным периодом диагностирования проводят измерения. Кроме данных от контроллеров, диагностическая информация может передаваться от действующих систем управления и контроля. Концентратор информации собирает и обрабатывает диагностические данные и выдает их в удобном для восприятия виде на АРМ электромеханика.

Внедрение АТДП в метрополитене совпало с работами по развитию технологии мониторинга и переходу на использование в качестве операционной системы реального времени более современной системы QNX6 взамен использовавшейся ранее QNX4. Такой переход позволил усовершенствовать програм­мное обеспечение АТДП и повысить качество мониторинга.

Рис. 1. Технологическое окно дизайнера

В процессе перехода на использование системы QNX6 разработчиками АТДП была создана новая база данных (БД), она реализована на платформе MS SQL Server 2008. БД универсальна и легко наращиваема. В нее впоследствии будут включены, помимо объектов диагностирования, улучшенные алгоритмы обработки диагностической информации (в том числе реализующие поиск предотказных состояний устройств). Определение предотказных состояний ведется по сигналам телеизмерения и телеконтроля, при этом используется сплайн-аппроксимация диагностических данных и сопоставление получаемых кривых с эталонными графиками, хранящимися в БД. Такой подход к выявлению предотказных состояний позволяет повысить качество технического диагностирования, а именно, усовершенствовать систему прогнозирования технических состояний. При этом достигается и уменьшение ложно выявляемых предотказных состояний устройств автоматики.

Важной особенностью програм­много обеспечения АТДП является повышенная безопасность хранения данных. Создаваемый файл с программной оболочкой АТДП на объекте диагностирования хранится не на специальном сервере центрального поста, а в концентраторе данных, расположенном на конкретной станции. Кроме того, файл невозможно скорректировать без наличия доступа к БД. После создания файла проекта разработчик АТДП записывает его копию на локальную вычислительную машину. Данный процесс не сопровождается настройкой, так как программное обеспечение обновляет данные автоматически.

В один проект АТДП можно записывать несколько станций и перегонов. Процедура получения отчетов по мониторингу является простой и не требует написания програм­много кода.

Рис. 2. Технологическое окно привязки аналоговых данных

Проектирование АТДП максимально упрощено. В задачи проектировщика входит внесение в БД посредством специального редактора (дизайнера) списка объектов диагностирования и контролируемых в них параметров, отображение схематического плана станции или перегона со всеми индикаторами контроля технического состояния объектов диагностирования и привязка списка объектов контроля к изображению. На рис. 1 для примера приводится окно привязки данных об объекте изображения в АРМ проектировщика. Здесь устанавливается соответствие между изображением и алгоритмом его индикации и номерами датчиков контроля. Благодаря привязке осуществляется индикация данных в АРМе электромеханика, а также вывод всей диагностической информации по каждому из привязанных объектов.

На рис. 2 изображено технологическое окно привязки номеров датчиков АТДП к аналоговым параметрам.
Все элементы индикации в АТДП соответствуют принятому стандарту ОАО РЖД «Системы и устройства железнодорожной автоматики и телемеханики. Условные графические обозначения» (СТО РЖД 1.19.005–2008).

В окне обозревателя АТДП на АРМ электромеханика в удобном виде можно просмотреть все дискретные и аналоговые контролируемые параметры. При этом в случае наличия дефектов производится индикация нарушения нормальной работы отказавшего устройства. АТДП содержит развитый уровень самодиагностирования, что также анализируется в АРМ системы.

На рис. 3 изображено технологическое окно схематического плана станции в действующем АРМ электромеханика.

Рис. 3. Технологическое окно обозревателя станции

О контролируемых параметрах на объектах метрополитена

Станция «Парнас» является конечной на Московско-Петроградской линии Петербургского метрополитена, а также самой северной станцией метрополитенов России. Она была открыта в конце 2006 г. На станции имеется два главных станционных пути, а также два станционных пути, предназначенных для оборота и отстоя электропоездов. Перевод составов с одного пути на другой осуществляется с использованием стрелок, оборудованных стрелочными электроприводами с девятьюпроводными схемами управления. В качестве датчиков местоположения подвижных единиц использованы рельсовые цепи тональной частоты (ТРЦ) второго поколения. Регулирование движения поездов осуществляется с применением напольных светофоров и автостопов.

В качестве системы управления на станции используется Комплексная автоматизированная система диспетчерского управления работой линии метрополитена (КАС ДУ). Данная система относится к системам релейно-процессорного типа: в ней исполнительные схемы реализованы на релейной элементной базе, а функции наборной группы реализуются на базе электронной вычислительной машины.

При организации системы мониторинга на станции произведена стыковка данных с системой КАС ДУ, откуда получена основная дискретная информация об объектах управления. Кроме того, система АТДП сопряжена с: диагностическим комплексом КОМАГ-Б, контролирующим параметры рельсовых цепей; устройствами внепоездного контроля скорости (УКСДП); системой счета осей (ССО); источниками бесперебойного питания на станции (ИБП).

Дополнительно на станции подключены следующие измерительные контроллеры АТДП:

• ADAM-4017 — для измерения токов и напряжений;
• ИСИ — измеритель сопротивления изоляции;
• КДУПС — для диагностирования параметров стрелок и автостопов;
• ПИК-120 — для дополнительного контроля дискретных параметров;
• ПМИ-РЦ — для измерения параметров автоматических регуляторов скоростей (АРС) и ТРЦ;
• ИПК — измеритель параметров качества электроэнергии.

На станции контролируется следующий список параметров устройств СЦБ:

• дискретные состояния основных реле схем, отвечающих за безопасность движения поездов;
• внутрипостовые напряжения питания;
• динамика усилий перевода стрелок;
• динамика усилий перевода и удержания автостопов;
• напряжения на входах питающих трансформаторов рельсовых цепей и на входах путевых реле АНВШ2-2400;
• напряжения на контрольных реле схем управления стрелочными электроприводами;
• напряжения и токи в рабочих цепях стрелочных комплектов;
• напряжения и токи в рабочих цепях автостопов;
• напряжения и токи в цепях питания огней светофоров;
• напряжения питания и напряжения на выходах генераторов ТРЦ и АРС, а также напряжение питания путевых приемников ТРЦ;
• сопротивления жил магистральных, сигнальных, стрелочных кабелей, а также питающих и релейных концов рельсовых цепей, пригласительных сигналов, красного и белого фонарей — повторителей показаний маневровых светофоров, контрольно-габаритных устройств и пр.;
• токи в цепях АРС;
• токи в цепях самоблокировки реле НС схем управления стрелочными электроприводами;
• уровни напряжения фидеров питания в режиме реального времени.

Станция «Спасская» Правобережной линии Петербургского метрополитена открыта в начале 2009 г. Она имеет два главных станционных пути и четыре станционных пути для оборота и отстоя электропоездов. Как и на станции «Парнас», на «Спасской» управление движением осуществляется системой КАС ДУ. При организации проекта мониторинга руководством Петербургского метрополитена решено организовать на первом этапе диагностирование только рельсовых цепей, которых здесь и на прилегающих перегонах со стороны станции «Достоевская» — 47. Все рельсовые цепи — это цепи тональной частоты второго поколения. Для организации контроля параметров ТРЦ разработчиками АТДП на станции «Спасская» выполнена увязка данных с системой КОМАГ-Б.

При разработке программного обеспечения АТДП на объектах Петербургского метрополитена в базу данных был внесен значительный объем информации (более 5 тыс. датчиков различных контроллеров). В таблице представлены контролируемые в АТДП элементы, набор контроллеров съема диагностических данных и устройств, с которыми сопряжена система диагностирования.

Таблица. Датчики контроля в метрополитене

Диагностическая информация выводится на АРМ электромеханика и здесь же анализируется. По каналу технологической сети связи метрополитена данные по мониторингу также передаются диспетчеру Службы автоматики и телемеханики Петербургского метрополитена. Вывод данных возможен как в табличной, так и в графической формах. Результаты диагностирования протоколируются и архивируются за период не менее 30 календарных дней с последующим автоматическим обновлением.

Заключение

Система АТДП на станции «Парнас» сдана в эксплуатацию в конце сентября 2013 г., а на станции «Спасская» — в конце ноября 2013 г. В настоящее время ведется корректировка и наполнение БД, в том числе новыми алгоритмами автоматического анализа диагностической информации.

Внедрение системы мониторинга устройств автоматики в Петербургском метрополитене повышает качество процесса управления в целом за счет возможности непрерывного слежения за ответственными параметрами схем управления. При этом диагностические данные анализируются автоматически, выявляются предотказные состояния объектов контроля и выдаются информационные сообщения на АРМы электромехаников и диспетчера Службы автоматики и телемеханики.