Автоматика и автоматизация на железнодорожном транспорте

Государственное общеобразовательное учреждение высшее профессиональное образование

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)

Кафедра: "Управления качеством и сертификации"

Курсовая  работа

По дисциплине "Автоматизация измерений и контроля измерений"

На тему: "Автоматика и автоматизация на железнодорожном транспорте"

Омск, 2010г.

CОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. История развития автоматизации на железнодорожном транспорте

2. Автоматизированная связь на железнодорожном транспорте

3. Автоматизированные системы управления устройствами электроснабжения железных дорог

4. Диспетчерское управление движение поездов

5. Автоматизированные системы управления сортировочными станциями

6. Автоматическая переездная сигнализация

7. Автоматическая локомотивная сигнализация

8. Полуавтоматическая блокировка

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Устройства  автоматизации являются важнейшими элементами технического вооружения железнодорожного транспорта. Эти устройства позволяют  эффективно решать задачи перевозочного  процесса, способствуя увеличению пропускной способности железнодорожных линий, обеспечивая безопасность движения поездов, бесперебойную связь между  всеми подразделениями железнодорожного транспорта.

Применяемые на железнодорожном транспорте устройства автоматизации и связи  включают: средства автоматики и телемеханики, регулирующие движение поездов на перегонах (электрожезловая система, полуавтоматическая блокировка, автоблокировка); устройства АТ, управляющие стрелками и сигналами  на станции (электрическая и механическая централизация стрелок); диспетчерскую  централизацию, объединяющую АБ и централизацию  стрелок; телефонную, телеграфную и  другие виды проводной связи, радиосвязь; пассажирскую автоматику. Оснащенность этими устройствами таково, что железные дороги России имеют оптимальный  уровень оборудования этими системами  и могут обеспечить в 2 раза больший  объем перевозок, чем в настоящее  время.

Работниками хозяйства автоматики и связи отводится важная роль в выполнении основной задачи транспортного  производства, так как устройства АТ и связи являются важнейшим  элементом технической вооруженности  железнодорожного транспорта. Эти устройства позволяют полнее и производительнее использовать все технические средства транспорта, повышают эффективность  работы отрасли. Внедрение более  современных устройств АТ, связи  и вычислительной техники, качество их содержания определяют повышение  безопасности движения, перерабатывающую способность станций, пропускную способность  железнодорожных линий. Основным назначением  хозяйства ШЧ является техническое  обслуживание и ремонт устройств  СЦБ и связи.

Для железнодорожного транспорта важной задачей является увеличение объема перевозок за счет более эффективного использования подвижного состава  при хорошем качестве обслуживания. Этого можно достигнуть повышением роли диспетчерского управления, реализуемого с помощью новых информационных технологий.

Электрическая централизация позволяет  в 2 раза повысить пропускную способность  станций, сократить эксплуатационный штат работников и обеспечить безопасность движения поездов. Наиболее просто с  этой проблемой на станции может  справиться централизация компьютерного  типа, обеспечивающая безопасное управление стрелками и сигналами. Микропроцессорные  системы повышают уровень безопасности, занимают значительно меньше площади, потребляют меньше электроэнергии, уменьшают  объем строительно-монтажных работ  и снижают эксплуатационные расходы.

Наряду с созданием  практически необслуживаемых устройств  железнодорожной АТ разрабатывается  малообслуживаемое оборудование низовой  автоматики. Это новые светофоры  со светодиодными оптическими системами, стрелочные винтовые электроприводы и другое напольное оборудование. Его внедрение позволит обеспечить повышение уровня безопасности движения, снизить затраты при производстве и эксплуатации, а также улучшить условия труда обслуживающего персонала.

Внедрение современных многофункциональных  и высокопроизводительных измерительных  систем и мобильных комплексов (МИКАР) позволит автоматизировать многие технологические  операции и, как следствие, сократить  трудозатраты.

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

Первое применение вычислительной техники на железнодорожном транспорте связано с расчетами - инженерными  и по эксплуатационной работе. Первые компьютеры, большие, громоздкие, медленнодействующие  и дорогие, не были предназначены  для интерактивной работы с пользователем  и применялись в режиме пакетной обработки. С развитием вычислительной техники появились новые способы  организации вычислительного процесса. Стали развиваться интерактивные  многотерминальные системы разделения времени, в которых наряду с удаленными соединениями типа "терминал-компьютер" были реализованы и удаленные связи типа "компьютер-компьютер". Появилась возможность перейти к управленческим задачам.

Для оптимизации оперативного, среднесрочного и долгосрочного планирования перевозок  грузов приказом МПС № 17Ц от 11.05.71 определяются основные задачи первой очереди автоматизированной системы  управления железнодорожным транспортом (АСУЖТ МПС). Он предусматривал выделение 19 основных подсистем отрасли по хозяйствам: перевозок, грузовой и коммерческой работы, энергоснабжения и др. В  их рамках решались отдельные задачи по созданию программно-технической  среды, технологической и информационной базы. Поскольку в то время вычислительные машины были относительно слабыми, отсутствовали  качественные каналы для передачи информации, решение каждой задачи вынужденно было быть автономным, далеко не всегда стыкующимся  с другими задачами и подсистемами. Это был неизбежный этап, через  него надо было пройти, приобрести необходимый  опыт.

Постоянное внедрение все более  совершенной и мощной вычислительной техники, новых системно-технических  решений, прикладного программного обеспечения, а также совершенствование  технологии работы пользователей информационных систем привели к тому, что в конце 1970-х-начале 1980-х годов стал появляться новый тип информационных систем - комплексные системы. Вводится понятие "модель" как способ отображения фактической работы объекта, его "жизни". Первой такой моделью стала поездная модель, отражающая формирование, движение и расформирование поездов. Параллельно появляется модель сортировочной станции - основа автоматизированной системы управления работой сортировочной станции . Под руководством инженера Б.Е. Марчука создается первая вычислительная сеть из 15 ИВЦ и первая работающая версия отечественной системы "Экспресс". С развитием программно-технической среды появилась возможность создания поездных и вагонных моделей сетевого уровня. В 1980-х годах началась эксплуатация на сетевом уровне системы автоматизированного диспетчерского центра управления (АДЦУ), информационной основой которой стала автоматизированная система оперативного управления перевозками (АСОУП). Создаются информационные системы: диалоговая информационная система контроля оперативного управления перевозками (ДИСКОР), контроль сменно-суточного планирования перевозок грузов (КССП), анализ погрузки нефтеналивных грузов (АПН), информационно-справочная система внешнеторговых грузов (ИСС ВТГ) и др. Разработан сменно-суточный доклад для руководителей МПС, информация из всех систем используется в практической работе функциональных служб дорог. Объем перевозок в тот период был наибольшим и значительно превышал сегодняшний уровень.

Настоящая революция в идеологии  создания информационных систем произошла  с появлением персональных компьютеров. Они послужили идеальными элементами для построения сетей. Стало возможным  двигаться вперед более быстрыми темпами. Несмотря на недостаточную  мощность первых персональных компьютеров, к концу 1980-х годов на их базе началось создание автоматизированных рабочих  мест. Появилась возможность подойти  к новому этапу - агрегированию в  более мощные комплексы разнородных  данных автоматизированных систем ИОДВ, АСОУП и др., работающих на сортировочных и грузовых станциях, контейнерных площадках.

Между тем в МПС происходили  структурные изменения. В 1988 г. Главное управление вычислительной техники было реорганизовано и вошло в состав Главного управления сигнализации и связи в качестве Управления вычислительной техники. Был ликвидирован самостоятельный орган, централизующий, объединяющий и координирующий создание информационных систем отрасли. Именно с того времени главки, а затем департаменты и хозяйства МПС стали самостоятельно заключать договоры на разработку, приобретать технику и программное обеспечение, что противоречило идеологии централизации создания информационных систем. Возникло множество организаций-разработчиков, создававших по заказам департаментов независимо эксплуатирующиеся задачи. В результате данные дублировались, порой многократно, возникали параллельные потоки при сборе и передаче информации.

Качественный скачок в развитии системотехнических решений наметился  в 1992-1993 гг., когда в ГВЦ вошел  в эксплуатацию комплекс из двух двухпроцессорных ЭВМ IВМ 4381.Т24 общей производительностью 9 MIPS, ставший промежуточным этапом при переходе к более совершенным  ЭВМ. В ИВЦ железных дорог в  то время устанавливаются и вводятся в эксплуатацию IВМ 4381.ГВЦ становится интеллектуальным центром, организующим и направляющим работы по созданию современных программно-технических  комплексов, изменению структуры  управления вычислительными ресурсами  отрасли, разработке новых информационных технологий. Ведущие ученые и специалисты  МПС, НИИЖА (ныне ОАО "НИИАС"), ВНИИЖТа, ПКТБ АСУЖТ, МИИТа, ГВЦ и других организаций обсуждали принципы построения информационных систем, разрабатывали концепцию и программу реконструкции программно-технических комплексов ГВЦ и ИВЦ железных дорог на основе международных стандартов.

С 1995 по 2000 г. в отрасли прошла информационно-технологическая реформа. Была осуществлена планомерная замена программно-технических средств, определены принципы новых технологий. Приступили к созданию новых автоматизированных систем и внедрению новых автоматизированных технологий в управление производственной деятельностью на железных дорогах. Все это вместе позволило вывести вычислительную отрасль железнодорожного транспорта на уровень мировых достижений и обеспечить дальнейшее развитие в выбранном направлении.

В феврале 1996 г. завершается разработка и утверждаются "Программа автоматизации железнодорожного транспорта на 1996-2005 гг." Этот документ определил направления, приоритеты, средства автоматизации отрасли. На прикладном уровне предстояло создать комплексы автоматизированных технологий по управлению: перевозочным процессом; маркетингом, экономикой и финансами; инфраструктурой железнодорожного транспорта; персоналом и социальной сферой.

В 1997 г. была принята Программа развития систем телекоммуникаций на железнодорожном транспорте и назначен генеральный конструктор систем информатизации и телекоммуникаций.

Достигнутый уровень информатизации отрасли позволил создать систему  фирменного транспортного обслуживания. Начал работать и успешно функционирует  Центр фирменного транспортного  обслуживания, который сейчас возглавляет  Е.А. Кунаева, в свое время работавшая в руководстве ГВЦ.

К 1998 г. была реализована современная программно-техническая среда, соответствующая мировому уровню. Произошли изменения в структуре управления автоматизацией. ГВЦ становится головным центром по эксплуатации информационных систем, ему в оперативном отношении подчинены ИВЦ железных дорог.

Сегодня АСУ РЖД состоит из более 600 интегрированных автоматизированных систем и клиентских приложений, она  представляет собой распределенную информационную систему по направлениям производственной деятельности компании. С помощью информационных систем осуществляется управление перевозочным процессом, сбытом и организацией грузовых и пассажирских перевозок, корпоративной инфраструктурой и подвижным составом, экономикой, бюджетированием, финансами и ресурсами, стратегическим развитием, инвестиционной и информационной деятельностью, информационной безопасностью, унификацией и интеграцией автоматизированных систем.

2. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СВЯЗЬ НА  ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ

На железнодорожном  транспорте России выполнен большой  комплекс работ по внедрению цифровых систем связи. В результате создана  Единая магистральная цифровая сеть связи (ЕМЦСС) на базе ВОЛС. Ее оператором является компания "ТрансТелеКом", всем пакетом акций, которым владеет  ОАО РЖД.

На настоящий  момент удовлетворена потребность  в каналах связи; повышено качество и достоверность передачи информации в системах передачи данных, обеспечивающих реализацию новых информационных технологий; расширены функции средств связи  за счет внедрения цифровых систем коммутации общей емкостью более 200 тыс. номеров, позволивших передавать различные виды информации в режиме мультимедиа (речь, данные, видеоинформация).

Полным  ходом внедряется система связи  новой вертикали управления перевозками  на железнодорожном транспорте, включающая в себя единый центр управления движением  поездов, дорожные центры управления перевозками, центры диспетчерского управления и  центры управления местной работой  цифровой и цифро-аналоговой систем технологической связи.

Организовано  производство на уровне международных  стандартов цифровых систем передачи и коммутации технологической связи  на ведущих предприятиях России.

Налажено  изготовление цифровой аппаратуры оперативно-технологической  связи в ООО "Интелсет-ТСС", "Абител-информ", ЗАО "Микчел-ТСК", ООО "КАПО-НИИЖАтел", на Лосиноостровском электротехническом заводе ОАО РЖД, а также в ряде других отечественных  фирм.

Созданная цифровая система оперативно-технологической  связи (ОТС), по функциональным возможностям превосходящая многие аналоги в  мировой железнодорожной практике, обеспечивает значительное повышение  качества, оперативности, надежности и  устойчивости связи. Системой цифровой ОТС оборудовано около 20 тыс. км железных дорог России.

Сеть  общетехнологической телефонной связи (ОбТС) развивается на основе цифровых учрежденческо-производственных АТС  по принципу замещения "сверху вниз". Строятся цифровые телефонные станции  в первую очередь в дорожных и  отделенческих узлах, а затем  на нижнем уровне. Разработаны единая система пятизначной нумерации  и принципы построения сети с учетом совместной работы цифровых и аналоговых телефонных станций. Для оперативного управления ресурсами сети, способствующего  сокращению эксплуатационных расходов по текущему содержанию, предусмотрена  система мониторинга и администрирования (СМА), внедренная на железных дорогах. Для обеспечения нормативных  технических показателей цифровая сеть технологической связи оборудуется  системой сетевой тактовой синхронизации (ТСС), разработанной Всероссийским  научно-исследовательским и проектно-конструкторским  институтом информатизации, автоматизации  и связи на железных дорогах (ВНИИАС) совместно с Ленинградским отраслевым научно-исследовательским институтом связи (ЛОНИИС). Большое значение для  управления перевозочным процессом  и обеспечения безопасности движения имеет входящая в комплекс технологической связи система технологической радиосвязи.

Такой системой, используемой для связи диспетчеров  и дежурных по станциям с машинистами  поездных локомотивов и ремонтными подразделениями с целью организации  маневровой работы, оповещения и передачи данных систем автоматики на подвижные  объекты, оборудованы все направления  железных дорог России. В настоящее  время ведутся работы по их оснащению  системой цифровой технологической  радиосвязи .

3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ  УСТРОЙСТВАМИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ  ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Хозяйство электроснабжения железных дорог можно  рассматривать как совокупность различных технологических процессов, объеденных решением задачи бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергией  соответствующего качества. При этом должно быть экономичное расходование электроэнергии и уменьшение потерь, возникающих в процессе передачи и преобразования.

Основной  целью создания автоматизированной системы управления электроснабжением (АСУЭ) является совершенствование  управления устройствами электроснабжения и их эксплуатации на основе автоматизации производственных процессов поддержания оптимальных режимов в системе тягового электроснабжения. Наряду с задачами оптимального управления технологическими процессами в АСУЭ решаются также задачи, связанные со сбором, обработкой информации, планированием и прогнозирование технологического процесса и состояния оборудования.

Как любая  сложная система АСУЭ имеет иерархическую  структуру, состоящую из отдельных  подсистем , имеющих самостоятельные  цели управления и общую для всей автоматизированной системы цель. Эти  подсистемы находятся на разных уровнях  иерархии, взаимодействуют между  собой и имеют внешние связи с питающими районные энергосистемами и другими подсистемами АСУЖТ. Подсистема является частью автоматизированной системы, выделенной по определенному признаку, отвечающий конкретным целям и задачам управления. В рамках этих задач подсистема может рассматриваться как отдельная самостоятельная система.

Определение структуры системы управления является одной из важнейших задач, возникающих  при разработке системы в каждом конкретном случае. Правильно составленная структура АСУЭ позволяет наиболее точно определить требуемый объем, содержание и потоки информации, обеспечить последовательное решение очередных  задач на базе предыдущих, исключить  необходимость переделок в процессе развития АСУЭ. Система осуществляет управление всем комплексом электроснабжения железнодорожного транспорта. Управление в пределах дистанции электроснабжения включает 3 уровня: первый уровень реализует  ручное и автоматическое децентрализованное управление оборудованием и режимами; второй уровень управления предусматривает  местное оперативное (дистанционное) и автоматическое централизованное управления оборудованием тяговых  подстанций, постов секционирования  и т.д.; третий уровень управления реализуется автоматизированной системой диспетчерского управления (АСДУ) и на нем осуществляется оперативно-диспечерское централизованное управление тяговыми подстанциями, постами секционирования и другими пунктами, элементами и режимами.

От вышестоящих  энергодиспетчерских пунктов четвертого и пятого уровней управления, соответственно службы электроснабжения дороги и департамента электрификации и электроснабжения ОАО РЖД, на энергодиспетчерский  пункт дистанции электроснабжения поступает нормативная и оперативно-управляющая  информация, координирующая режимы работы дистанций электроснабжения в пределах железной дороги. Энергодиспетчерский  пункт службы электроснабжения дороги учитывает основные показатели работы дистанций , выполняет все виды планирования в масштабах дороги, обменивается информацией с энергодиспетчерским пунктами ЦЭ ОАО РЖД и районных энергосистем.

Автоматизированная  система диспечерского управления обеспечивает автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой  диспетчерскому персоналу для непрерывного контроля и управления.

Задачи  оперативного управления, решаемые АСДУ определяется режимом работы системы  энергоснабжения.

В нормальном режиме происходит регулирование режима электроснабжения, его корректировка  при отклонениях для выполнения требований по качеству электроэнергии и ее подачи; отключение оборудования для ремонта и ревезирования  и ввод его в работу после ремонта  или резерва; сбор, обработка и  документирование информации о работе дистанции электроснабжения.

В аварийном  режиме срабатывают автоматические устройства первого уровня (релейная защита). В этом случае оперативно-диспечерский персонал производит необходимые отключения устройств электроснабжения в случае их отказа. Однако, из-за низкого быстродействия качество управления ухудшается.

В послеаварийном режиме решаются задачи восстановления нормальной схемы электроснабжения потребителей, заданного качества электроэнергии, ввод в работу отключившегося неповрежденного  оборудования, принятие мер по устранению причин аварии и ремонту оборудования.

Решение задач оперативно-диспечерского  управления предусматривает максимальное использование опыта и знаний энергодиспетчера. В зависимости  от сложившиеся ситуации он может  располагать различным временем для принятия решения, которые вырабатывает практически единолично. В аварийных  ситуациях объем информации резко  возрастает, а время для принятия решений сокращается в несколько  раз. Для обработки всей этой информации используют ЭВМ, ускоряющие принятия правильного решения для управления системой.

ЭВМ является технической основой АСУЭ наряду с местными системами автоматики и устройств телемеханики, состоящий  из аппаратуры телеуправления, телесигнализации и телеизмерения. Они выполняют  расчетные и информационные функции, собирают и обрабатывают информацию, выдают рекомендации, осуществляют технико-экономические  и планово-производственные расчеты.

Подсистема  третьего уровня осуществляет оперативно-диспечерского  централизованное управление пунктами, объектами и режимами электроснабжения, обменом информацией с энергодиспетчерскими пунктами энергосистем и службой  управления дороги, работой поездного  диспетчера отделения дороги. Подсистемы учета планирования и прогнозирования  оптимального управления могут размещаться  на энергодиспетчерскоми пункте дистанции  энергоснабжения или же являются общими для дистанций в пределах железных дорог и размещаться  на центральном энергодиспетчерском  пункте службы электроснабжения.

4. ДИСПЕТЧЕРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ ПОЕЗДОВ

Современные тенденции использования вычислительных средств в системах железнодорожной  автоматики (ЖАТ) определяют направления  совершенствования не только аппаратной платформы, но и структуры оперативного управления. Это нашло отражение  в технологии дальнейшей централизации  оперативного управления движением  поездов не на отдельных участках, а на направлениях. Возможность интеграции руководства перевозочным процессом  в центрах управления требует  решения технологических вопросов по распределению зон и функций  управления и разработки нормативных  и эксплуатационных основ, связанных с внедрением и обслуживанием систем централизации управления.

Для совершенствования  и оптимизации системы управления движением поездов в 1988 г. железные дороги приступили к проектированию и строительству единых дорожных и региональных автоматизированных диспетчерских центров управления перевозками (АДЦУ). Процесс создания АДЦУ принял затяжной характер из-за отсутствия принятых в полном объеме в постоянную эксплуатацию современных систем ДЦ и ограниченности средств на инфраструктуру каналов связи.

В то же время в связи с резким снижением  объемов перевозок на сети дорог  РФ перед отраслью была поставлена задача сокращения эксплуатационных расходов внедрением ресурсосберегающих технологий и совершенствованием структуры  управления железными дорогами.

Для решения  поставленных задач началось укрупнение железных дорог и отделений с  наметившейся тенденцией перехода на безотделенческую структуру управления. Необходимость реорганизации повысила актуальность создания единых дорожных и региональных АДЦУ и внедрения  современных компьютерных систем управления движением поездов.

Для дальнейшего  сокращения эксплуатационных расходов и совершенствования структуры  управления перевозочным процессом  началась перестройка структуры  управления движением поездов в  масштабах всей страны. Предполагается акционирование железных дорог.

В соответствии с новой концепцией управления перевозочным процессом система управления предназначается  для реализации в рамках следующих  территориальных объединений: сеть железных дорог, регион сети железных дорог, линейный район. В связи с  этим управление перевозочным процессом  должно осуществляться на основе трехуровневой  вертикали центров управления: сетевой  центр управления перевозками (ЦУП), региональный центр диспетчерского управления (РЦДУ), опорный центр управления линейным районом (ОЦ).

Центр управления перевозками является составной  частью структуры Министерства путей  сообщения, а в перспективе —  компании "Российские железные дороги". Его предназначение — организация и оперативное руководство перевозочным процессом на сети железных дорог РФ в целях максимального удовлетворения платежеспособного спроса на пассажирские и грузовые перевозки с обеспечением высокого качества предоставляемых транспортных услуг при достижении необходимой для развития отрасли рентабельности. ЦУП должен возглавлять и координировать работу РЦДУ, также всех отраслевых предприятий, причастных к перевозочному процессу.

Региональные  центры создаются в соответствии с территориальным разделением  России на семь регионов. РЦДУ должны стать  подразделениями будущей акционерной  компании "Российские железные дороги", подчиненными сетевому ЦУПу. До организации РЦДУ его функции выполняют дорожные единые центры диспетчерского управления, существующие почти на всех железных дорогах РФ.

Региональный  центр диспетчерского управления должен быть иинформативно и технологически связан с ЦУПом, соседними региональными центрами и опорными центрами своих линейных районов, со всеми отраслевыми предприятиями, обеспечивающими работу инфраструктуры железнодорожного транспорта в регионе управления, крупными отправителями и получателями грузов.

На РЦДУ возлагается реализация технологий управления перевозочным процессом  в пределах региона, являющихся естественным продолжением единых баз данных и  сетевых технологий ЦУПа с их детализацией (вплоть до управления движением каждого  поезда) и дополнением управления местными для региона перевозками.

Опорный центр является удаленным подразделением РЦДУ, расположенным, как правило, на опорной станции линейного района. Работа ОЦ существенно зависит от особенностей опорной станции и линейного района в целом. Предполагаются следующие типы ОЦ:

• примыкающие к районам массовой погрузки грузов на подъездных путях;
• с крупной грузовой станцией в качестве опорной;
• для пограничных переходов;
• с припортовой станцией в качестве опорной;
• с сортировочной или технической станцией в качестве опорной.

Основные  задачи ОЦ:

- взаимодействие  с отправителями и получателями  грузов на территории линейного  района, в том числе на основе  единых технологических процессов;