Z ESZ Y TY N A U K O W E PO LITE C H N IK I ŚLĄ SK IEJ Seria: T R A N SPO R T z. 40
2000 N r kol. 1490
Jerzy M IK U LSK I
ZMODERNIZOWANA BLOKADA LINIOWA PUS DLA KOLEI NIEPUBLICZNYCH
S treszczen ie. W artykule przedstaw iono procedurę m odernizacji urządzeń blokady m iędzy stacyjnej ty p u PUS na kolejach niepublicznych. B lokada ta służy do prow adzenia ruchu pociągów m iędzy stacjam i. D otychczasow e urządzenia s ą w ykonane w technice przekaźnikow ej. W ram ach m odernizacji sterow ania została zaprojektow ana w ym iana przekaźników blokady na m oduł m ikroprocesorow y. F izyczne interfejsy urządzenia pozw alają n a prosty m ontaż w istniejących system ach sterow ania.
MODERNIZED LINE BLOCK PUS FOR NON-PUBLICK RAILWAY
S u m m a ry . T he paper discusses a procedure o f m odernization o f interstation line block in non-public railw ays. This block serves the purpose o f train traffic control betw een stations.
The hitherto used equipm ent is m ade as relay-based. The synthesis o f interstation block equipm ent constitutes a basis for developm ent o f a general m odel o f relay-based system transform ation into m icroprocessor-controlled ones in the traffic control autom ation.
1. O G Ó LN E IN FO R M A C JE O M O D ER N IZA C JI B LO K A D Y M IĘD Z Y ST A C Y JN E J
N a kom plet urządzeń blokady m iędzy stacyjnej sk ład ają się d w a zespoły urządzeń zainstalow anych n a w spółpracujących stacjach dla każdego toru szlakow ego (rys. 1) [1],
S t a c j a A S z la k A -B S t a c j a B
Z e s p ó | u rz ą d z e ń b lo k a d y m ię d z y - L in ia tra n s m is y jn a
Z e s p ó ł u r z ą d z e ń b lo k a d y m ię d z y - s ta c y jn e j n a sta c ji A d la s z la k u A -B s ta c y jn e j n a sta c ji B d la s z la k u A -B
O H E
K H O O Í R
^ \
O—lD
L h O
^ A j - o o o
M 1 - 0 I j
R y s. 1. S c h e m a t b lo k o w y k o m p le tu u r z ą d z e ń b lo k a d y m ię d z y s ta c ja m i A i B F ig . 1. B lo c k d ia g r a m o f an in te rs ta tio n b lo c k e q u ip m e n t s e t b e tw e e n s ta tio n s A a n d B
70 J. M ikulski, [M. Pawlićki|
W istniejącym rozw iązaniu transm isja m iędzy zespołam i urządzeń blokady m iędzystacyjnej na stacjach A i B odbyw a się d w u ży ło w ą lin ią transm isyjną. Jest w niej przesyłana inform acja z jed n ej stacji do drugiej o daniu pozw olenia na w yjazd n a szlak A-B.
W danym czasie tylko je d n a stacja, A lub B , m oże m ieć takie pozw olenie. Stanem zasadniczym urządzeń blokady m iędzystacyjnej je s t stan neutralny - żadna ze w spółpracu
ją c y c h stacji nie m a pozw olenia na w yjazd.
P ow stanie now ego urządzenia m usi przebiegać w odpow iednim system ie jak o ści [2, 3, 4, 5]. W zw iązku z ty m w ym agane je s t przygotow anie szeregu dokum entów , takich jak:
1. D efinicja i ogólny opis system u
2. S pecyfikacja w ym ag ań funkcjonalnych i bezpieczeństw a 3. P lan jak o ści
4. P lan bezpieczeństw a
5. Plan testów : a) system u, b) sprzętu, c) oprogram ow ania 6. Plan w eryfikacji: a) system u, b) sprzętu, c) oprogram ow ania 7. R aporty z testó w i w eryfikacji
8. P lan w alidacji system u 9. P lan zarządzania k onfiguracją 10. P lan rozw oju system u 11. Plan utrzym ania
12. S pecyfikacja architektury: a) system u, b) sprzętu, c) oprogram ow ania 13. D efinicje interfejsów
14. W ykazanie spełnienia przez system specyfikacji w ym agań funkcjonalnych i bezpie
czeństw a
15. Z apew nienie popraw nego działania sprzętu 16. Spełnienie w arunków środow iskow ych
17. Z apew nienie popraw nego działania oprogram ow ania
18. W ykryw anie i odporność system u na uszkodzenia pojedyncze, n iezależność jed n o stek system u
19. O chrona przed błędam i system atycznym i 20. O ddziaływ anie usterek w ielokrotnych
21. R aporty i w yniki testów środow iskow ych, EM C
22. Z abezpieczenie przed dostępem osób niepow ołanych, błędam i obsługi, utrzym ania, m ontażu
23. O pisy, plany, instrukcje: a) obsługa, b) utrzym anie, c) m ontaż 24. Testy kw alifikacyjne, funkcjonalne, bezpieczeństw a
Przedstaw iana blokada m iędzystacyjna d la kolei u ży tk u niepublicznego m a oznaczenie PU S. Istniejące rozw iązanie przekaźnikow e p o siad a patent. Istotnym elem entem było w nim w ykorzystanie tylko dw óch żył kablow ych linii transm isyjnej do p rzesyłu inform acji sterujących.
Z m o d ern izo w an ą blokadę definiuje się jak o dw ukierunkow ą p ó łsam o czy n n ą blokadę lin io w ą dla kolei uży tk u niepublicznego ty p u PU S-2A .
Z m odernizow ana blokada liniow a 71
2. SY N TEZA U K Ł A D Ó W STER O W A N IA B LO K A D Y
A nalizując działanie urządzeń ty p u PU S w w ersji przekaźnikow ej m ożna w yodrębnić następujące m oduły funkcjonalne:
1. M oduł D Poz - dania pozw olenia na w yjazd z sąsiedniej stacji 2. M oduł dD Poz - doraźnego dania pozw olenia
3. M oduł O Poz - otrzym ania pozw olenia z sąsiedniej stacji na w yjazd pociągu na szlak 4. M oduł Pw l - przeciw w tóm ości liniowej
5. M oduł UB1 - utw ierdzenia urządzeń blokady
K ażdy z w ym ienionych m odułów m ożna opisać rów naniem logicznym , pow stałym na podstaw ie analizy dokum entacji obw odów przekaźnikow ych blokady PU S. Przykładow o:
D Poz = ddpoz(przycisk) • [dpoz(przycisk) • pw l • ubl + dpoz] - zw ( w jazd) - opoz • s(w y jazd ), (1) gdzie poszczególne zm ienne oznaczają:
ddpoz(przycisk) - zestyk przycisku doraźnego dania pozw olenia dpoz(przycisk) - zestyk przycisku dania pozw olenia
pw l - przeciw w tórność liniow a
ubl - utw ierdzenie blokady
dpoz - danie pozw olenia
zw (w jazd) - zestyk przekaźnika zw alniającego (sygnał w ejściow y zew nętrzny)
opoz - otrzym anie pozw olenia
s(wyjazd) - zestyk przekaźnika sygnałow ego sem afora w yjazdow ego (sygnał w ejściow y zew nętrzny)
dD Poz = ubl • zw (w jazd) • ddpoz(przycisk) (2)
O Poz = w e lin io w e ■ zw • ddpoz(przycisk) (3)
gdzie:
w e liniow e - sygnał napięciow y z linii transm isyjnej
3. Z M O D E R N IZ O W A N E U R Z Ą D Z E N IA B LO K A D Y PU S - PU S-2A:
W pierw szej fazie projektu, w której urządzenia blokady zostały oznaczone jak o PUS- 2A, głów ne zagadnienie sprow adza się do określenia zakresu m odernizacji urządzeń, a co za tym idzie - do określenia now ych interfejsów między częścią m odernizow aną a pozostaw ioną w eksploatacji (rys. 2).
Po analizie istniejących w części przekaźnikow ej blokady interfejsów (układów pow iązań) zaprojektow ano następujące układy w ejścia/w yjścia w części PLC (rys. 3):
W ejście nr 1 - iloczyn zestyków rozw iem ych przekaźników sygnałow ych sem aforów w yjazdow ych lub zestyk rozw iem y pow tarzacza stanu ty ch przekaźników , W ejście n r 2 - iloczyn zestyków rozw iem ych przekaźników sygnałow ych sem aforów
w yjazdow ych lub zestyk rozw iem y pow tarzacza stanu ty ch przekaźników , W ejście nr 3 - zestyk rozw iem y przekaźnika zw alniającego dla przebiegu w jazdow ego, W ejście nr 4 - zestyk przycisku przekaźnika dania pozw olenia na w yjazd z sąsiedniej stacji
DPoz,
W ejście nr 5 - zestyk przycisku doraźnego dania pozw olenia na w yjazd z sąsiedniej stacji dD Poz,
72 J. M ikulski, [M Pawlicki]
W yjście nr 1 - do kontrolki otrzym ania pozw olenia z sąsiedniej stacji na w yjazd na szlak O P oz - czerw ona,
W yjście nr 2 - do kontrolki otrzym ania pozw olenia z sąsiedniej stacji na w yjazd na szlak O Poz - biała,
W yjście n r 3 - do kontrolki przeciw w tóm ości liniow ej Pw l - czerw ona,
W yjście nr 4 - do kontrolki dania pozw olenia na w yjazd z sąsiedniej stacji D P o z - czerw ona W yjście nr 5 - do linii transm isyjnej (dw ie żyły kabla teletechnicznego),
W yjście nr 6 - do obw odów św iateł zezw alających sem aforów w yjazdow ych, spraw dzenie zależności przeciw w tóm ości liniow ej Pw l,
W yjście nr 7 - do obw odów przekaźników sygnałow ych sem aforów w yjazdow ych, spraw dzenie zależności Pw l, D Poz, O Poz, Ubl.
U r z ą d z e n ia s te r o w a n ia n a sta c ji B
P rz e k a ź n ik o w y in te r f e js w e jś c ia / w y jś c ia
lin ii tr a n s m is y jn e j
P r z e k a ź n ik o w e u r z ą d z e n ia
b lo k a d y s te r o w a n e z e
s ta n o w is k a o p e r a to r a
^ w
N o w y u k ła d P L C w m ie js c u p r z e k a ź n ik o w e g o
U r z ą d z e n ia s ta c y jn e z e s ta n o w is k ie m
o p e r a to r a
R y s . 2. Z a k r e s m o d e r n iz a c ji u r z ą d z e ń b lo k a d y w p r o je k c ie P U S - 2 A F ig . 2. S c o p e o f m o d e r n iz a tio n o f lin e b lo c k e q u ip m e n t in P U S - 2 A s y s te m
Jed n ą z zasad, któ ra w pływ a na podniesienie stopnia bezpieczeństw a zm odernizo
w anego rozw iązania je s t dualność oprogram ow ania. W zw iązku z tym należy w prow adzić dw ie jed n o stk i centralne, czasam i z podw ojonym i układam i w ejść i w yjść, czyli konfigurację sp rzętow ą p rzedstaw ioną na rys. 3 należy podw oić. Połączenia z pozostałą częścią system u sterow ania (rys. 2) p ozostają bez zmian. N asuw a się pytanie, ja k porów nyw ać w yniki z dw óch sterow ników PLC. N iektórzy producenci oferują gotow e kom paratory. Porów nania
m ożna dokonać w om aw ianym system ie P U S-2A przez szeregow e w pięcie odpow iednich układów w ejść / w yjść w pierw szym sterow niku z odpow iednim i układam i w ejść / w yjść w drugim sterow niku. Porów nyw anie w yników obliczeń program ów w poszczególnych cyklach m iędzy dw om a sterow nikam i m ożna realizow ać za p o m o cą sieci CAN B U S dostępnej w rozpatryw anej konfiguracji sprzętowej.
Z m odernizow ana blokada liniow a ... 73
Z e s ty k i p r z e k a ź n ik ó w
s y g n a ło w y c h s e m a fo ró w w y ja z d o w y c h
Swjj
Z e s ty k i p rz e k a ź n ik ó w
s y g n a ło w y c h s y g n a łó w z a s tę p c z y c h
s e m a fo ró w w y ja z d o w y c h
SS:lZGj
Z e s ty k i p r z e k a ź n ik a z w a ln ia ją c e g o
E O N - a Z w . i
P L C d l a P U S - 2 B & R 2 0 0 3 C P U C P 4 7 4 .6 ..
N R S 232
1 I + + ---
24 V DClM o d u ł w e jś ć p r z e k a ź n ik o w y c h
2 4 V D C D I ...
P rz y c isk d a n ia p o z w o
le n ia
d p o z
M o d u ł w y jś ć p r z e k a ź n ik o w y c h
2 4 V D C D O ...
P rz y c is k d o raźn eg o
d a n ia p o z w o
le n ia d d p o z
K o n tr o lk a o tr z y m a n ia p o z w o le n ia
O P o z c z e r w o n a
O P o z b ia ła
< = ■
K o n tr o lk a p rz e c iw - w tó m o ś c i
lin io w e j
P w l c z e r w o n a
mm
K o n tr o lk a d a n ia p o z w o
le n ia
D P o z c z e r w o n a
> = >
Pulpit nastawczy
O b w o d y p r z e k a ź n ik ó w
s y g n a ło w y c h s e m a f o ró w w y ja z d o w y c h
O b w o d y ś w ia te ł s e m a f o ró w w y ja z d o w y c h
O b w ó d p r z e k a ź n ik a w y jś c io w e g o (d o lin ii tr a n s m is y jn e j)
R y s. 3. S c h e m a t b lo k o w y p o w ią z a ń s te r o w n ik a P L C u r z ą d z e ń P U S - 2 A z c a ły m s y s te m e m s te r o w a n ia m c h e m F ig . 3. B lo c k d ia g r a m o f P L C c o n tr o lle r lin k in P U S - 2 A w ith th e e n tir e tra ffic c o n tr o l s y s te m
Prototyp przedstaw ionego w referacie rozw iązania będzie testow any na kolejach użytku niepublicznego do przew ozów piasku podsadzkow ego do kopalń.
74 J. M ikulski, |M. Pawlicki]
L iteratura
1. Instrukcja obsługi półsam oczynnej blokady liniow ej ty p u „PU S” .
2. W ym agania bezpieczeństw a dla urządzeń sterow ania ruchem kolejow ym , Z akład Sterow ania R uchem i Z asilania CN TK , T em at nr 1060/23, w rzesień 1997.
3. prE N 50 126, R ailw ay A pplications: The specification and dem onstration o f R eliability, A vailability, M aintainnability and Safety (R A M S), June 1997.
4. prEN 50 128, R ailw ay A pplications: Softw are for railw ay control and p rotection system s, June 1997.
5. prE N 50 129, R ailw ay A pplications: Safety R elated E lectronic System s fo r Signalling (ver. 1.0, January 1997).
6. IE C -1 131 „P rogram m able C ontrollers” , International Electronical C om m ission 1EC,1993.
Recenzent: Doc. dr inż. Z bigniew G inalski
A bstract
The paper discusses a procedure o f m odernization o f interstation line block in non
public railw ays. This block serves the purpose o f train traffic control betw een stations. The hitherto used equipm ent is m ade as relay-based. The replacem ent o f relays o f block by a m icroprocessor one w as designed as being a part o f control m odernization. T he physical interfaces o f equipm ent enable sim ple installation in the existing control system . D uring preparation o f the engineering, a num ber o f interesting issues has appeared, related w ith difference betw een philosophy o f perform ing connections in the relay-based system s and the idea o f program m ing m icroprocessor system s and the related requirem ents. T he synthesis o f interstation block equipm ent constitutes a basis for developm ent o f a general m odel o f relay- based system transform ation into m icroprocessor-controlled ones in the traffic control autom ation. The prototype o f solution presented in the p aper w ill be tested in non-public railw ays serving for transport o f stow ing sand to the m ines.
