Микропроцессорная система управления на железнодорожном транспорте

Содержание

Содержание

Введение

1. Анализ современных систем централизации стрелок и сигналов

1.1     Особенности организации микропроцессорных систем централизации и преимущества их реконструкции

.2       Требования к современным системам микропроцессорной централизации

.3       Преимущества микропроцессорной централизации по сравнению с релейной

.4       Обзор принципов построения существующих микропроцессорных систем электрической централизации

1.4.1        Европейские микропроцессорные системы электрической централизации

.4.2          Отечественные микропроцессорные системы электрической централизации

2. Структура системы МПЦ

2.1     Особенности реализации технологических алгоритмов МПЦ «iпуть»

.2       Функционирование ядра системы

.3       Функциональные особенности МПЦ

3. Алгоритмы работы ядра МПЦ «iпуть»

3.1     Алгоритмическая структура МПЦ

.2       Технические характеристики МПЦ

.3       Характеристика ПМО МПЦ

.4       Структурная схема ПМО МПЦ

4. Характеристика станции Сож

4.1     Общая характеристика станции Сож

.2       Характеристика устройств СЦБ .

5. Разработка модели станции Сож

5.1     Структура моделей

.2       Разработка файлов описания объектов

.3       Модель поездного маршрута

6. Расчет экономического эффекта

6.1     Основные положения расчёта стоимости программного обеспечения

.2       Исходные данные

.3       Определение объема программного обеспечения

.4       Расчёт трудоёмкости ПО

.5       Расчёт заработной платы разработчиков ПО

.6       Расчёт отчислений, налогов и затрат

.7       Расчёт себестоимости, отпускной цены и прибыли

7. Проектирование системы оптоволоконного освещения

Заключение

Список использованных источников

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Введение

Замена централизаций релейного типа микропроцессорной централизацией является объективной необходимостью обновления технологического процесса управления железнодорожными перевозками и работой структурных подразделений железнодорожного транспорта на основе применения информационных технологий. Микропроцессорная централизация служит связующим звеном между первичными источниками получения информации (подвижной состав, объекты СЦБ и др.) и системами управления перевозочным процессом более высокого уровня и позволяет осуществить увязку этих источников без дополнительных надстроек, что невозможно сделать при централизации релейного типа.

Микропроцессорная централизация обладает более высокими показателями надежности за счет использования возможностей электронных технологий и устройства 100-процентного горячего резерва многих составных элементов, в то время как в централизации релейного типа имеется значительное количество элементов, отказ которых приводит к выходу из действия практически всей системы. Попытки осуществить дублирование или резервирование таких элементов являются дорогостоящими и существенных положительных результатов не дали.

Наличие мощной системы самодиагностики позволяет выявлять предотказное состояние элементов централизации, контролировать все отказы с выводом их на мониторы автоматизированных рабочих мест оперативного и технического персонала.

Использование источников бесперебойного питания, которые не применялись в централизации релейного типа, повышает уровень надёжности микропроцессорной централизации. Использование дизель-генераторов, в том числе и автоматизированного типа, не позволяет избежать нарушений в работе устройств сигнализации при отключении внешнего электроснабжения, ввиду значительной инерционности системы запуска последних, что полностью парализовывает, хотя и на непродолжительное время, работу станции. Иногда в таких случаях требуется вмешательство технического персонала для восстановления нормальной работы устройств на станции, что крайне негативно отражается на организации движения поездов.

С точки зрения обеспечения безопасности движения поездов микропроцессорная централизация является более "безопасной" чем централизация релейного типа. Например, в ней исключается возможность перепутывания проводов при проведении работ связанных с отключением монтажа в релейных помещениях или ремонтом кабелей. После окончания таких работ требуется проводить тщательные проверки при крайне внимательном и технически грамотном отношении к ним персонала. Последствия ошибок для безопасности движения поездов в таких ситуациях оценить невозможно. В микропроцессорной централизации вероятность таких ошибок значительно снижается, т.к. количество релейных элементов и монтажных проводов в ней значительно ниже и, кроме того, осуществляется логический контроль работы многих элементов. Действия дежурного по станции или диспетчера протоколируются и хранятся в памяти в течение заданного периода времени.

Централизация релейного типа требует более высоких затрат на ее эксплуатацию. Прежде всего это связано с наличием большого количества реле (около 100 реле на одну стрелку), которые подвергаются проверке перед вводом в действие централизации и периодической проверке и ремонту в процессе эксплуатации, что требует значительных трудовых затрат.

Строительство централизации микропроцессорного типа можно вести без строительства помещений для размещения постовых устройств централизации. Для этого можно использовать подсобные помещения существующих постов или приспособить помещения других служебно-технических зданий. Это качество является очень ценным при проведении модернизации централизации релейного типа. Значительно снижаются стоимость и сроки строительно-монтажных работ из-за сокращения количества реле, стативов и кабеля, а также пусконаладочных работ из-за отсутствия необходимости прозвонки монтажа, изготовления и установки громоздких макетов и т.д.

Нужно иметь в виду, что технические решения и средства для централизации релейного типа разрабатывались в 60-80-х годах и к настоящему моменту устарели. Релейная элементная база, как средство построения электрической централизации, практически себя исчерпала. Попытки придания новых качественных показателей и расширения функций электрической централизации ведут к увеличению количества реле, потребляемой электроэнергии, затрат на эксплуатационное обслуживание, объемов проектных и монтажных работ и т.д.

Целью данного дипломного проекта является разработка технологических алгоритмов МПЦ «iпуть» станции Сож Бел.ж.д.

1.      Анализ современных систем централизации
стрелок и сигналов

Потребность в повышении пропускной способности железнодорожных линий, обусловленная стремлением увеличить доходы от перевозок существует во многих европейских странах. В последние годы реализуется обширная программа модернизации основных магистралей. Эти мероприятия предъявляют высокие требования к системам СЦБ, которые должны обеспечить безопасность эксплуатационного процесса и минимизировать его ограничения при внесении существенных изменений в путевое развитие станций, сокращении длины блок-участков, устройстве дополнительных съездов между путями и т. п. В Австрии, к примеру, с началом применения серийных систем МПЦ (типов ELEKTRA фирмы Alcatel и SMC86 фирмы Siemens) Федеральные железные дороги Австрии проводят подобные реконструктивные мероприятия с использованием систем не традиционной релейной, а микропроцессорной централизации.

Преимущества МПЦ с точки зрения реконструкции объясняются принципиальными различиями в структуре традиционных систем релейной централизации, построенной по плану станции, и микропроцессорных систем.

1.1    Особенности организации микропроцессорных систем централизации и преимущества их реконструкции

Неотъемлемым свойством всех систем релейной централизации является тесная структурная и схемотехническая взаимосвязь между функциями обеспечения безопасности и топографическими особенностями конкретных станций. Например, в системах релейной централизации, построенной по плану станции, ответственные цепи проходят через всю установку в соответствии со схемой соединения релейных блоков. Поэтому, несмотря на относительную простоту реконструкции таких систем, при выполнении реконструктивных мероприятий происходит вмешательство в структуру установки, и прежде всего в кабельную разводку. Если работы приходится выполнять на действующей установке, неизбежно ограничение ответственных функций системы (например, отключение сигнальной зависимости, рельсовых цепей), сопровождаемое, в свою очередь, крупными и долговременными ограничениями в эксплуатационном процессе. При этом полная ответственность за безопасность в течение нескольких дней или даже недель возлагается на дежурного по станции и работников, отвечающих за визуальный контроль свободности пути, проследование хвоста поезда, ношение ключей от стрелочных замков. Дежурный по станции руководствуется в такой ситуации действующими инструкциями и только в минимальной степени может рассчитывать на технические средства, обеспечивающие безопасность. Для сокращения длительности действия ограничений приходится привлекать большие людские и финансовые ресурсы.

Если противопоставить этой технике системы микропроцессорной централизации (в общем случае независимо от их типа), становится очевидно, что в МПЦ логика обеспечения безопасности не связаны с функциями подключения напольных устройств. Напольные устройства подключают через «анонимные» интерфейсные модули, топографическая привязка которых выполняется только в программном обеспечении компьютеров МПЦ. Как следствие, интерфейсные модули не имеют соединений друг с другом. Формируемая за счет этого структура МПЦ является важной основой для реализации эффективной стратегии реконструкции и расширения системы. Если в ходе реконструкции не нужно добавлять дополнительные интерфейсные модули, то вмешательство в аппаратные средства МПЦ не требуется, исключая изменения в схеме подключения напольных устройств к интерфейсным модулям. В этом случае реконструкция сводится к изменению топографических проектных данных в программном обеспечении МПЦ.

Переход к использованию микропроцессорной техники облегчает реконструкцию и на уровне средств индикации и управления системой централизации. С внедрением систем МПЦ появляется возможность реализовать унифицированный интерфейс пользователя, который включает в себя набор мониторов (их число зависит от размеров системы) и мышь как основной орган управления. Для ввода текстовых данных предусмотрена стандартная клавиатура ПК, обеспечивающая также полноценное резервирование мыши. С точки зрения возможностей реконструкции это большой шаг вперед по сравнению с пультами и панорамными табло в релейных системах. Важное преимущество унифицированного интерфейса пользователя состоит в том, что при внесении изменений в систему централизации достаточно изменить проектные данные экранных изображений. Проверить эти данные можно до проведения реконструкции на испытательном стенде.

В современных системах управления движением поездов все большее значение приобретают функции сбора и обработки информации, а также автоматизации технологических операций. Ранее такие функции зачастую выполнялись при помощи внешних систем, которые приходилось адаптировать в ходе реконструкции релейной централизации. Это требовало учета топографических и функциональных изменений во всех системах, имеющих зачастую разные инструментальные средства и структуры данных. Проверить взаимодействие всех компонентов можно было в большинстве случаев только непосредственно в ходе реконструкции, что приводило к существенным нарушениям эксплуатационного процесса.

Применение вычислительной техники в МПЦ и на постах ДЦ позволило интегрировать дополнительные функции в состав основной системы. Это позволяет вносить топографические изменения только однократно и полностью проверять работу дополнительных средств на стенде или в имитационных моделях до ввода в эксплуатацию.

1.2    Требования к современным системам микропроцессорной централизации

Современные РПЦ и МПЦ должны выполнять следующие функции:

контроль положения и режимов работы стрелочных переводов, а также передачу их на местное управление;

контроль состояния путей, стрелочных переводов и путевых участков на станциях;

контроль состояния светофоров на станциях;

контроль состояния перегонов и участков приближения;

контроль состояния других устройств СЦБ;

контроль состояния устройств электроснабжения;

отображение на экранах мониторов состояния объектов контроля и управления;

задание и отмена маршрутов, включая их искусственное размыкание;

логическая проверка условий безопасности движения поездов при задании маршрутов и управления отдельными объектами;

управление стрелочными переводами, светофорами и другими устройствами СЦБ, в том числе и схемой смены направления движения на перегонах;

выключение стрелочных переводов и путевых участков с сохранением и без сохранения пользования сигналами;

блокировка управления стрелками и открытия светофоров;

автовозврат охранных стрелочных переводов в соответствии с проектом (с защитой от потери шунта);

автоматическое повторение установки заданного маршрута (автодействие);

управление устройствами переездной сигнализации, расположенными в пределах станционной зоны извещения;

увязка с устройствами АБ, ПАБ, а также с устройствами ЭЦ соседней станции при отсутствии перегона между ними (в том числе при наличии границы по приемоотправочным путям), с устройствами маневровых районов и горочной централизации (ГАЦ) и т.д.;

функции линейного пункта ДЦ при приеме от АРМ ДНЦ команд телеуправления и сборе и передаче сигналов телесигнализации на АРМ ДНЦ, а также обеспечения передачи сигналов телесигнализации в системы ДК;

ввод команд ДСП;

протоколирование и хранение на жестком диске информации о состоянии объектов контроля, команд управления и действий ДСП;

взаимодействие с системами автоматического управления торможением (САУТ), МАЛС, контрольно-габаритными устройствами (КГУ), устройствами контроля схода подвижного состава (УКСПС), устройствами обдувки и электрообогрева стрелок, устройствами ограждения и закрепления составов (УТС), с устройствами оповещения работников на пути и другими устройствами автоматики;

отображение диагностической и справочной информации.

При передаче ответственных команд РПЦ и МПЦ должны обеспечивать:

вспомогательный перевод стрелочных переводов при ложной занятости изолированного участка;

вспомогательную смену направления движения поезда на перегоне;

формирование сигнала искусственного прибытия поезда при ПАБ;

искусственное размыкание путевых и стрелочных участков;

включение пригласительного сигнала;

открытие переезда;

дополнительное замыкание стрелок без установки маршрутов;

блокировку КГУ и УТС, деблокирование перегона и участка удаления при АБТЦ;

передачу команд управления движением поездов по цифровому радиоканалу (разрешения проследования светофора с запрещающим показанием и принудительной остановки);

сброс показаний устройства счета осей;

выключение стрелочных переводов или путевых участков из зависимостей без сохранения пользования сигналами;

выключение стрелочных переводов или путевых участков из зависимостей с сохранением пользования сигналами и установкой их на макет.

РПЦ и МПЦ должны осуществлять логический контроль действий ДСП и работы устройств СЦБ, который должен производиться на основе информации, автоматически снимаемой с устройств СЦБ и оперативной информации, вводимой пользователем в систему.

РПЦ и МПЦ должны осуществлять логический контроль:

несанкционированной потери контроля стрелки (с учетом времени перевода);

ложной свободности и занятости рельсовых цепей и правильности установки маршрута;

открытия одного пригласительного сигнала;

изменения положения только одного заданного стрелочного перевода в режиме вспомогательного перевода;

проезда светофора с запрещающим показанием;

отсутствия отклонений от последовательности занятия и освобождения путевых участков при маршрутизированных передвижениях на станциях и передвижениях на перегонах;

правильности сигнализации светофора путем сопоставления сигнального показания с поездным положением;

перекрытия светофора, разрешающего движение по установленному маршруту, при занятии любого стрелочного или путевого участка, входящего в этот маршрут;

перекрытия светофора на запрещающее показание;

фактической выдержки времени при реализации отмены или искусственной разделки маршрута, управлении переездной сигнализацией и в других случаях.

Системы МПЦ и РПЦ функционально должны увязываться с устройствами маневровой автоматической локомотивной сигнализации (МАЛС), а также с информационными системами верхнего уровня (ДЦ, ДК, и др.). Они должны обеспечивать выполнение требований безопасности, логический контроль управляющих воздействий и хода технологического процесса движения поездов, исключать возможность ввода и исполнения ошибочных команд, осуществлять развязку управляющих и информационных подсистем [3].

1.3    Преимущества микропроцессорной централизации по сравнению с релейной

К преимуществам МПЦ по сравнению с релейными системами централизации относятся:

·      более высокий уровень надежности за счет дублирования многих узлов, включая центральный процессор - ядро МПЦ, и непрерывного обмена информацией между этим процессором и объектами управления и контроля (что также способствует повышению уровня безопасности);

·        возможность управления объектами многих станций и перегонов с одного рабочего места;

·        возможность интеграции управления перегонными устройствами СЦБ и приборами контроля состояния подвижного состава в одном станционном процессорном устройстве;

·        расширенный набор технологических функций, включая замыкание маршрута без открытия светофора, блокировку стрелок в требуемом положении, запрещающих показаний светофоров, изолированных секций для исключения задания маршрута и др.;

·        предоставление эксплуатационному и техническому персоналу расширенной информации о состоянии устройств СЦБ на станции с возможностью передачи этой и другой информации в региональный центр управления перевозками;

·        возможность централизованного и децентрализованного размещения объектных контроллеров для управления станционными и перегонными объектами. Децентрализованное размещение объектных контроллеров позволяет значительно снизить удельный расход кабеля на одну централизуемую стрелку;

·        сравнительно простая стыковка с системами более высокого уровня управления;

·        возможность непрерывного протоколирования действий эксплуатационного персонала по управлению объектами и всей поездной ситуации на станциях и перегонах;

·        наличие встроенного диагностического контроля состояния аппаратных средств централизации и объектов управления и контроля;

·        возможность регистрации номеров поездов, следующих по станциям и перегонам, а также всех отказов объектов управления;

·        значительно меньшие габариты оборудования и, как следствие, в 3 - 4 раза меньший объем помещений для его размещения, что позволяет заменять устаревшие системы централизации без строительства новых постов;

·        значительно меньший объем строительно-монтажных работ;

·        удобная технология проверки зависимостей без монтажа макета за счет использования специализированных отладочных средств;

·        сокращение срока исключения из работы станционных и перегонных устройств в случаях изменения путевого развития станции и связанных с этим зависимостей между стрелками и сигналами;

·        использование в качестве среды передачи информации между устройствами управления и управляемыми объектами не только кабелей с медными жилами, но и волоконно-оптических кабелей;

·        возможность получения из архива параметров работы напольных устройств СЦБ для последующего прогнозирования их состояния или планирования проведения ремонта и регулировки, не допуская полных отказов этих устройств;

·        снижение эксплуатационных затрат за счет уменьшения энергоемкости системы, сокращения примерно на порядок количества электромагнитных реле и длины внутрипостовых кабелей, применения современных необслуживаемых источников питания, исключения из эксплуатации громоздких пультов управления и манипуляторов с большим числом рукояток и кнопок механического действия [4].

1.4    Обзор принципов построения существующих микропроцессорных систем электрической централизации

 

1.4.1 Европейские микропроцессорные системы электрической централизации

За последние 25 лет СЖАТ, построенные на базе микропроцессорной техники, постепенно вошли в железнодорожную практику. Их производством занимаются многие известные фирмы, а внедрение происходит не только в развитых, но и в развивающихся странах, где нет сооружений старого поколения.

По мнению специалистов, традиционные системы СЦБ обладают хорошей долговечностью- до 80 лет жизни [4]. Поэтому темпы внедрения новых систем на железных дорогах обычно невысоки. К тому же эти темпы сдерживаются трудностями в решении проблемы безопасности микропроцессорных систем. В связи с этим на железных дорогах мира находится в эксплуатации много устройств

и систем СЦБ разных поколений и модификаций.

В то же время существует устойчивая тенденция к разработке и внедрению микропроцессорных централизаций взамен выработавших свой ресурс старых систем.

Первая из систем нового поколения - микропроцессорная централизация (МЦ) IZS-750 - была разработана шведской фирмой L.M.Ericsson и внедрена на станции Гетеборг в 1978 г. Последующие системы этой фирмы (например, Ebiloc 850, Ebilok 950), а также системы других скандинавских фирм (например, система IZSD 770 датской фирмы DZI) базируются на одноканальной структуре с двумя диверситетными программами. Они работают в односекундном системном цикле с тестовым периодическим контролем. Для повышения надежности системы на больших станциях применяют второй компьютер в режиме горячего резерва. В настоящее время на железных дорогах различных стран работают более 100 централизаций данного типа.

Британская микропроцессорная централизация SSI (Solid State Interlocking) разработана фирмой GEC/GB и работает на станции Лимингстон Спа с 1985 г. Она построена по принципу однопрограммной многоканальной системы «два из трех» и функционирует в циклическом режиме с периодом 0,85 с. Связь с напольными объектами осуществляется модулями со структурой «два из двух». Аппаратные средства контроля подвергаются непрерывному тестированию. Структура системы допускает реконфигурацию при отказах. На разных станциях мира эксплуатируют более 20 подобных централизаций [3].

В разработке и производстве нового поколения систем в Германии принимают участие известные фирмы Siemens, AEG, SEL и Технический университет в Брауншвейге. В 1983 году было принято решение об опытной эксплуатации систем микропроцессорной централизации, разработанных фирмами SEL, Siemens и AEG.

Все три системы являются мультипроцессорными системами с тремя функциональными уровнями. Верхний уровень представлен микроЭВМ, которые управляют вводом и отображением данных. МикроЭВМ среднего уровня (районные микроЭВМ) реализуют сигнальные зависимости, обеспечивая формирование, замыкание и размыкание маршрутов, проверку допустимости воздействий на отдельные напольные устройства и т.д. Каждая микроЭВМ этого уровня обслуживает определенный район станции. МикроЭВМ нижнего уровня непосредственно управляют напольными устройствами.

Базовая концепция фирмы Siemens получила название SIMIS. В ней используются два независимых вычислительных канала, которые работают синхронно и синфазно по одной программе с аппаратных сравнением по принципу «два из двух». Безошибочность программного обеспечения достигается комплексными методами разработки и верификации.

В апреле 1989 года введена в эксплуатацию первая на Федеральных железных дорогах Швейцарии система микропроцессорной централизации, разработчиком которой является фирма Siemens. В зону действия поста МЦ на станции Кьяссо входят 174 стрелки, 354 основных, маневровых и дополнительных сигнала, семь устройств путевой блокировки и 300 рельсовых цепей. До внедрения МЦ для управления перевозочным процессом на этой станции использовались один распорядительный и 4 исполнительных поста ЭЦ. МЦ базируется на микропроцессорных блоках компактного исполнения SIMIS-C. Из компонентов блоков SIMIS-C можно составить несколько вариантов mЭВМ, рассчитанных на выполнение различных функций. Всего в основном и двух вспомогательных зданиях поста МЦ установлено 69 mЭВМ.

В октябре 1989 г. приступили к опытной эксплуатации МЦ фирмы Siemens на станции Гензендорф (Австрия), которая расположена на линии Вена-Северная-Хоенау.

Второе поколение систем микропроцессорных централизаций этой фирмы базируется на трехканальных безопасных структурах «два из трех», что позволяет повысить эксплуатационную готовность системы.

На этой же основе построена микропроцессорная централизация типа EIA, разработанная фирмой AEG и находящаяся в эксплуатации на станции Дибург с 1988 г. В МЦ фирмы AEG все микроЭВМ, используемые для обработки ответственной информации, построены на базе универсальной микропроцессорной системы с безопасными отказами LOGISIRE C. Эта система состоит из двух идентичных вычислительных каналов, в которые загружено одинаковое программное обеспечение. Каналы работают независимо друг от друга. Безопасность функционирования обеспечивают специальная операционная система и защищенное от опасных отказов устройство контроля и отключения.

Концепция фирмы SEL базируется на безопасных микропроцессорных модулях типа SELMIS, которые имеют трехканальную структуру и обрабатывают информацию по принципу «два из двух» с программным сравнением. Третий канал находится в горячем резерве и подключается вместо отказавшего.

Одним из перспективных направлений считается создание децентрализованных микропроцессорных систем управления. В Германии разработана децентрализованная система управления MCDS, построенная на базе устройства местного микропроцессорного управления стрелкой типа IVV-MCEOW-2M, дополненного устройствами управления светофором типа IVV-MCSIG-2M и контроля свободности пути типа IVV-MCGFE2M.

Децентрализованная mЭВМ может управлять группой из 32 устройств управления стрелками, 50 устройств контроля свободности пути и 50 сигналов. В систему MCDS можно объединить до 10 таких mЭВМ. Информацию, поступающую от децентрализованных mЭВМ и вводимую диспетчером, обрабатывает центральная ЭВМ. Текущая эксплуатационная ситуация отображается на экране цветного дисплея.

Центральная ЭВМ передает задания на установку маршрутов децентрализованным mЭВМ и выводит извещения о состоянии напольных устройств. Для ввода заданий служит клавиатура. Установку маршрутов осуществляют децентрализованные mЭВМ, в ПО которых реализованы все маршрутные зависимости.

В Германии на DBAG фирмой AVG с 1997 года вводится в эксплуатацию система SICAS S5.

Система МПЦ SICAS S5 разработана около 10 лет назад и непрерывно совершенствуется. Ее отличают:

возможность реализации большого числа функций;

гибкость при проектировании и программировании;

безопасность в соответствии со стандартом DIN V 19250, класс 6;

применение стандартного языка программирования для создания дополнительных функций программируемых контроллеров SPS версий Step 5 и Step 7.

Основой системы SICAS S5 являются широко применяемые для автоматизации технологических процессов в промышленности программируемые устройства управления семейства SIMATIC S5/S7 SPS. Эти приборы наряду с широкой областью применения характеризуются высокой эксплуатационной готовностью.

Программное обеспечение системы допускает проектирование конкретных установок централизации путем составления схемы, похожей на схему соединения блоков релейной централизации по плану станции. В системе МПЦ соединяются не релейные блоки, а программные элементы. После составления схемы она преобразуется в параметрические данные, записываемые в компьютер системы SICAS S5.

Напольные устройства, такие, как сигналы, стрелки и устройства переездной сигнализации, описываются в блоках данных в отношении как их функций, так и взаимодействия с соседними устройствами. Совокупность всех возможных элементов системы централизации отображается в базовом ПО элементной модели. Оно также записывается в компьютер SICAS S5

Система микропроцессорной централизации Elektra, созданная фирмой Alcatel совместно с Австрийским исследовательским центром в Зайберсдорфе, содержит два одинаковых а аппаратном отношении канала с различным программных обеспечением. Первый канал решает функциональные задачи и реализует логические зависимости при установке маршрутов. Второй канал осуществляет контроль безопасности. Программное обеспечение устройств логического канала составлено на языке программирования высокого уровня CHILL. Канал безопасности работает с экспертной системой PAMELA, в которой использован одноименный язык программирования, разработанный в исследовательском центре фирмы Alcatel. Экспертная система методами искусственного интеллекта на базе заложенных в нее знаний дежурного по станции и технологических инструкций осуществляет контроль правильности работы первого канала.

Французская система МЦ разработана фирмой Alsthom. Система построена по модульному принципу, что позволяет учитывать специфику конкретной станции путем ввода соответствующих параметров в ПО каждого модуля. Для передачи информации между модулями служит кольцевая сеть. Разработка ПО МЦ ведется с помощью языка программирования высокого уровня Ada.

На железных дорогах Японии разработана и внедряется система МЦ SMILE. В нее заложена трехканальная структура с переменным порогом мажорирования, обеспечивающая высокий уровень эксплуатационной готовности. процессоры работают синхронно от общего генератора тактов. Аппаратный компаратор с самоконтролем сравнивает потенциалы на внутренних магистралях попарно. Периодический контроль осуществляется с помощью программного счетчика. Для небольших станций применяется модификация mSMILE, двухканальная, с аппаратным самопроверяемым компаратором и горячим резервом. Первая система SMILE введена в постоянную эксплуатацию на станции Хигаси - Каганава в марте 1985г. К настоящему времени она действует на 12 станциях железных дорог Японии.

В Испании на Государственных железных дорогах (RENFE), метрополитенах и частных железных дорогах расширяется внедрение систем микропроцессорной централизации (МПЦ). Первые системы МПЦ фирмы Alcatel были введены в эксплуатацию еще в 1992 г. на линиях широкой колеи RENFE и высокоскоростной линии Мадрид- Севилья. Это были системы типа ESTW L90 E (в Испании они известны как ENCE L 90). Системы рассчитаны на большое число объектов управления и потому пригодны прежде всего для крупных станций и линий с большим числом малых и средних станций. В последние годы возникла потребность в современных электронных системах также и на малых и средних станциях, географически независимых друг от друга. Инфраструктура железных дорог Испании состоит в основном именно из таких станций.

Наряду с естественной потребностью в обновлении технической базы (например, в замене систем механической централизации) внедрение МПЦ стимулируется тенденцией к централизации управления движением поездов в Испании, обусловленной стремлением рационализировать перевозочный процесс. При создании системы централизации, отвечающей этим потребностям, следовало учитывать еще один важный аспект: в Испании нет единой сигнальной системы для всех железнодорожных администраций и не полностью унифицированы напольные устройства. Для таких случаев применения фирма Alcatel разработала экономичную, гибкую и компактную систему МПЦ типа ESTW L90 5 (в Испании INTERSIG L90 5). Первоначально она поставлялась как система, построенная по принципу "2 из 2" для малодеятельных и второстепенных линий. В дальнейшем система была доработана и может поставляться как в конфигурации "2 из 2", так и "2 из 3" на базе компьютеров с процессорами семейств 486 и Pentium. При разработке системы ESTW L90 5 важную роль играло также стремление учитывать особые потребности пользователей, поэтому большое значение придавалось гибкому построению системы, диагностике и техническому обслуживанию.

МПЦ ALISTER характеризуется широким применением промышленных стандартов на аппаратные и программные средства. Система включает в себя диспетчерский пост, подключенный к МПЦ через глобальную сеть передачи данных WAN. Возможно также обслуживание МПЦ посредством автоматизированного рабочего места (АРМ) автономного управления на базе персонального компьютера. В АРМ интегрирована система диагностики с комфортабельными для пользователя средствами распознавания, регистрации и анализа нарушений в МПЦ.

Логика централизации реализована в вычислительном ядре, состоящем из двух диверситивных программируемых контроллеров. Диверсификация аппаратных средств, используемого инструментария и операционных систем позволяет применять серийно поставляемые промышленные компоненты.

Обмен извещениями и командами модулей ввода/вывода с напольным оборудованием осуществляется посредством диверситивной системы шин через волоконно-оптический кабель. За счет этого достигаются защита от помех и высокий уровень электромагнитной совместимости.

Безопасные модули ввода/вывода состоят из двух диверситивных каналов, расположенных в разных корпусах. Этим достигается поддержание высокого уровня безопасности, в том числе с учетом предотвращения множественных отказов.

Предусмотрены различные способы повышения эксплуатационной готовности за счет введения избыточности. Концепция резервирования должна опираться на эксплуатационные потребности; ее экономическая эффективность зависит от интенсивности движения поездов. В системе ALISTER дублированы модули электроснабжения и некоторые цепи в модулях ввода/вывода. Расчеты и опыт эксплуатации показывают, что основной причиной системных отказов является выход из строя устройств электроснабжения, и их сравнительно недорогое дублирование позволяет существенно улучшить эксплуатационную готовность. Подтвержденная на практике высокая надежность используемых промышленных компонентов позволила отказаться от дублирования вычислительного ядра и системы шин.

Система ALISTER с самого начала разрабатывалась в расчете на обеспечение уровня безопасности SIL4 по нормам CENELEC. Этому уровню соответствует и величина вероятности опасных отказов, рассчитанная Banverket в рамках анализа рисков для железных дорог страны в целом.

Концепцию системы МПЦ ALISTER для региональных линий отличают:

0 модульная системная архитектура с интерфейсами, выполненными по открытым стандартам;

1 последовательное выполнение требований открытых стандартов;

2 высокая эксплуатационная готовность;

3 максимально широкое использование параметрических данных и возможность самостоятельного переконфигурирования системы с помощью программ редактирования и других инструментальных средств;

4 простота проектирования и верификации топографии оборудования конкретного участка;

5 простота технического обслуживания благодаря наличию многочисленных средств диагностики и тестирующих программ;

6 гарантия поставок компонентов или их функционально совместимых аналогов в течение длительного срока.

Система МПЦ предназначена для эксплуатации на однопутных и двухпутных региональных линиях с высокой плотностью движения поездов и допустимой скоростью до 160 км/ч [5].

В таблице 1.1 приведен перечень наиболее известных зарубежных систем МПЦ, которые ориентированы на разные условия движения и широко используются в зарубежных странах.

Таблица 1.1 - Зарубежные системы МПЦ

Название системы	Государство. Фирма - разработчик	Способы обеспечения безопасности	Область применения
El S	Германия Siemens	Специализированные ЭВМ «SIMIS». Режим работы «2 из 2», «2 из 3» и «2 х (2 из 2)». Однотипное программное обеспечение (ПО). Фоновое тестирование.	Крупные и средние станции с интенсивным движением.
El S Regio	Германия Siemens		Малые станции, управление из общего центра.
SICAS	Германия Siemens		Второстепенные участки ж.д., заводские пути.
El L (ESTW L90)	Германия Alcatel SEL	Универс. ЭВМ, образующие 3-канальный блок безопасности SELMIS. ПО в каналах идентичное.	Крупные и средние станции с интенсивным движением.
ELECTRA	Австрия Alcatel SEL	Универс. ЭВМ, образующие 2-канальную систему. Различное ПО в каналах.	Крупные и средние станции с интенсивным движением.
EBILOCK	Швеция ABB Signal	Универс. ЭВМ. 1-канальная система со сравнением результатов разного ПО.	Крупные и средние станции с неинтенсивным движением.
ALISTER	Швеция NovoSignal	Универс.ЭВМ. 2-канальная система с разными ЭВМ и ПО в каналах.	Средние и малые станции с интенсивным движением
SSI	Великобритания GEC и Westinghouse	Универс. ЭВМ образуют многоканальную систему с однотипным ПО в каналах.	Крупные и средние станции с интенсивным движением.
WESTRACE	Великобритания Westinghouse	Универс. ЭВМ. 1-канальная система со сравнением результатов разного ПО.	Малые станции, управляемые и общего центра.
VPI	США General Railway Signal	Универс. ЭВМ. 1-канальная структура с повторной обработкой одних и тех же данных.	Малые станции с небольшими размерами движения. Управление из общего центра.
SMILE	Япония	Универс. ЭВМ, образующие 3-канальную систему с идентичным ПО. Режим работы «2 из 3».	Крупные и средние станции.
Mikro-SMILE	Япония		Малые станции.

1.4.2 Отечественные микропроцессорные системы электрической централизации

Система микропроцессорной электрической централизации стрелок и сигналов на базе УВК РА (ЭЦ-ЕМ) была введена в опытную эксплуатацию 12 октября 2000 года на станции Новый Петергоф Окт.ж.д. Эта система, разработанная специалистами ГУП "Гипротранссигналсвязь" (руководитель разработки С.С.Пресняк), является усовершенствованным вариантом первой отечественной системы микропроцессорной централизации ЭЦ-Е, которая функционирует на станции Шоссейная Октябрьской железной дороги с 1997 года.

В системе ЭЦ-ЕМ, так же как и в ее предшественнице, средствами микропроцессорной техники реализованы не только задачи рабочего места дежурного по станции по управлению и контролю технологическим процессом на станции, но и задачи по обеспечению всех зависимостей стрелок и сигналов с целью обеспечения безопасности. Вместе с тем использование микропроцессорной техники дало возможность, помимо выполнения всех традиционных функций ЭЦ, ввести целый ряд дополнительных технологических и сервисных возможностей по управлению движением поездов на станции.

Система микропроцессорной централизации ст. Шоссейная была создана на базе управляющего вычислительного комплекса УВК ПС1001 (производитель НИИУВМ, г.Северодонецк, Украина). Микропроцессорная система ЭЦ на ст. Новый Петергоф реализована с использованием нового, более современного управляющего вычислительного комплекса УВК РА, головным разработчиком которого стало ОАО "Радиоавионика" (С.-Петербург). Созданный на основе технических требований, разработанных специалистами ГУП "Гипротранссигналсвязь", с использованием современных методов построения отказобезопасных систем, этот комплекс обладает рядом бесспорных преимуществ по сравнению со своим предшественником. При этом за счет развитой системы самодиагностики существенно облегчено техническое обслуживание и эксплуатация системы.

Помимо троированного управляющего вычислительного комплекса, реализующего задачи централизации стрелок и сигналов, в состав системы ЭЦ-ЕМ входят три ПЭВМ рабочего места дежурного по станции (РМ ДСП), с которого ведется управление объектами централизации, а также упрощенный пульт-табло прямопроводного управления и индикации. В процессе функционирования системы две ПЭВМ находятся в рабочем режиме, одна - в холодном резерве. Каждая ПЭВМ физически связана с двумя различными вычислительными каналами УВК. При больших районах управления допускается деление станции на зоны управления с выделением самостоятельных комплектов органов управления и контроля для каждой из зон.

Пульт-табло прямопроводной индикации и управления используется в системе для осуществления некоторых специальных функций управления (режим горения сигналов день/ночь, рукоятка для установки макета стрелки, ключ-жезл и т.п.), а также для аварийного управления стрелками.

По расположению аппаратуры система ЭЦ-ЕМ является централизованной - УВК, релейные и кроссовые стативы находятся на посту ЭЦ. Из релейной аппаратуры сохранены лишь пусковые блоки стрелок, схемы рельсовых цепей и цепи коммутации ламп светофоров.        Система ЭЦ-ЕМ разработана с соблюдением всех принципов построения современных систем ЭЦ. Средствами микропроцессорной техники она обеспечивает реализацию всех задач по централизации стрелок и сигналов, необходимых для безопасного управления технологическим процессом на станции, в т.ч. установку, размыкание и отмену маршрутов, поддержание разрешающих показаний светофоров и кодирование маршрутов с проверкой всех условий безопасности и так далее.

Построение системы ЭЦ-ЕМ на базе вычислительной техники позволило дополнить состав традиционных технологических функций ЭЦ целым рядом новых функций, как технологического, так и информационно-сервисного характера. Среди вновь введенных технологических функций, направленных на повышение безопасности движения и гибкости управления технологическим процессом, необходимо в первую очередь выделить следующие:

а) Логический контроль занятия путей и участков пути маршрутным порядком, и их последующего освобождения маршрутным порядком для исключения возможности повторного открытия светофора на ложно освободившийся (при потере шунта) путь или участок пути;

б) Возможность открытия пригласительного сигнала только при условии задания маршрута с проверкой всех условий безопасности, кроме исключенных ДСП под свою ответственность (в том числе и контроль положения стрелок), а также проверка всех не снятых условий безопасности при горении пригласительного сигнала, что в конечном итоге повышает безопасность движения при частичной неисправности напольных устройств (рельсовых цепей и стрелок) и снижает в этих случаях психологическую нагрузку на ДСП;

в) Прекращение кодирования маршрутов до головы поезда при несанкционированном выезде подвижной единицы на маршрут;

г) Проверка свободности всех секций в маневровом маршруте при движении вагонами вперед после вступления подвижной единицы на маршрут (кроме первой секции, прилегающей к занятой);

д) Исключение посекционного размыкания маршрута при проезде поездной единицей перекрытого светофора;

е) Возможность задания автодействия в любом поездном маршруте;

ж) Индивидуальная выдержка времени для каждого открываемого светофора;

з) Индивидуальный отсчет выдержки времени для каждого отменяемого маршрута, размыкаемой секции и др.

Введение в систему ЭЦ-ЕМ информационно-сервисных функций позволило существенно облегчить труд дежурных по станции и внесло в их работу элементы комфорта.

К информационно-сервисным функциям относятся возможность накопления маршрутов как по времени, так и по очереди, формирование на экране ПЭВМ РМ ДСП различных сообщений о ходе технологического процесса, выдачу в необходимых случаях голосовых и звуковых сообщений, удобство ввода управляющих команд, возможность управления многопрограммной очисткой стрелок, и др.

Особо важной вновь введенной функцией является протоколирование всего хода технологического процесса (управляющих действий ДСП, реакции на них системы, состояния постового и напольного оборудования). Перечисленные сведения фиксируются и хранятся в архиве ПЭВМ РМ ДСП, защищенном от несанкционированного доступа. Эти сведения могут быть в любой момент извлечены и проанализированы. На основании анализа записей архива о работе напольного оборудования (рельсовых цепей, светофоров, стрелок и т.д.) могут выявляться перемежающиеся неисправности напольных устройств, что дает возможность использования этой информации в АРМ электромеханика.

Перед сдачей в опытную эксплуатацию система прошла ряд испытаний, проводившихся головным разработчиком системы - ГУП "Гипротранссигналсвязь" при участии специалистов ПГУПС и Октябрьской ж.д., а также головного разработчика управляющего вычислительного комплекса - ОАО "Радиоавионика". Для стендовой проверки работы системы (с применением машинных моделей, настроенных на путевое развитие ст. Новый Петергоф) были использованы специальный имитатор для испытаний технологических программ, разработанный в испытательной лаборатории ПГУПС, а также отладочный комплекс микропроцессорной централизации, разработанный ГУП "Гипротранссигналсвязь". Были проведены стендовые испытания в штатных и нештатных ситуациях, испытания привязки к ст. Новый Петергоф, испытания на устойчивость функционирования при воздействии электромагнитных помех, испытания с макетом напольного оборудования, испытания перед сдачей в опытную эксплуатацию, и др.         Всесторонние предварительные испытания ЭЦ-ЕМ в сочетании с более чем трехлетним опытом эксплуатации первого варианта системы (ЭЦ-Е на ст. Шоссейная) позволили отказаться от проведения испытаний в режиме параллельной работы с действовавшей ранее релейной системой ЭЦ и перейти к испытаниям непосредственно в режиме опытной эксплуатации с сохранением возможности перехода на управление объектами от релейной ЭЦ в случае неудовлетворительной работы системы. Целью опытной эксплуатации являлась проверка функционирования системы ЭЦ-ЕМ в реальных условиях в течение длительного периода времени. К задачам испытаний в режиме опытной эксплуатации относились выявление и устранение возможных недостатков системы, не выявленных на предварительных этапах испытаний, выявление опасных отказов или некорректной работы, определение степени надежности блоков и узлов нового УВК при работе в реальных условиях, а также уточнение некоторых положений разработанных проектов инструкций по пользованию и по эксплуатации ЭЦ-ЕМ.

В дальнейшем, при условии успешной работы системы ЭЦ-ЕМ на ряде станций, возможен отказ от пульта-табло прямопроводного управления в его нынешнем виде (как пульта аварийного управления стрелками и сигналами) с переносом большинства специальных функций управления (режим горения сигналов день/ночь, двойного снижения напряжения, и т.п.) на ПЭВМ РМ ДСП. При этом на пульте могут быть сохранены только ключи-жезлы и устройство макета стрелки.

В настоящее время разработчиками ЭЦ-ЕМ намечены подходы к решению этих приоритетных задач дальнейшего развития системы, и прорабатывается ряд технических решений для их практической реализации.

Транспортабельные модули ЭЦ-ТМ - это пост ЭЦ (АБТЦ), состоящий из комплекса модулей, имеющих разное назначение: релейное помещение, помещение дежурного по станции, помещение для хранения оборудования, помещение связевой. Необходимость каждого из них в составе комплекса ЭЦ-ТМ определяется конкретным проектом.

Характеристика транспортабельных модулей. Комплекс предназначен для эксплуатации в условиях умеренного климата исполнения УХЛ категории 1 по ГОСТ 15150-69.

Степень огнестойкости - II

Категория помещений по пожарной опасности - В1

Комплекс ЭЦ-ТМ поставлен на производство С.Петербургским ЭТЗ и изготовляется по ТУ 32 ЦШ 2061-99.

Назначение. Рекомендуется применять для ЭЦ станций с количеством централизуемых стрелок не более 30, а также для размещения оборудования АБТЦ и других устройств СЦБ, приборы которых возможно размещать на стативах высотой 2580 мм.

Целью разработки является удешевление стоимости строительно-монтажных работ при модернизации или реконструкции на станциях, где предполагается полная или частичная замена существующих устройств СЦБ; возможность комплектования, проверки на заводе до начала пуско-наладочных работ на станции, т.е. сокращение сроков ввода в эксплуатацию; комплектная поставка оборудования на объект строительства.

Конструкция и состав транспортабельных модулей ЭЦ-ТМ. Комплекс ЭЦ-ТМ строится на базе контейнеров типа 1СС с высотой 3100 мм. Данная высота обеспечивает установку стативов высотой 2580 мм. Релейное помещение собирается из следующих модулей: МП-модуль питания; МР-модуль релейный; МРК-модуль релейно-кроссовый. Помещение дежурного собирается из двух модулей: МА-модуль аппаратный; МБ-модуль бытовой. Связевое помещение МС-модуль связевой (один модуль). Помещение для механика (складское) - МО-модуль оборудования (один модуль). Конструктивно в модуле МП нет правой стенки, модуль МР изготавливается без двух стенок, модуль МРК изготавливается без левой стенки, поэтому релейное помещение может собираться только в следующем варианте: слева - модуль МП, справа - модуль МРК, между устанавливаются модули МР от 1 до 5 штук. Помещение дежурного конструктивно может собираться по следующей схеме: слева - модуль МА, справа - модуль МБ.

Модули оборудованы охранно-пожарной сигнализацией, электроосвещением и электроотоплением. Модули МП, МРК, МО, МА, МБ, МС оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией. Модули МП, МС, МА дополнительно оборудованы кондиционерами.

В состав комплекса обязательно должны входить модули типа МП (левый) и МРК (правый). Модуль МП - обеспечивает установку и монтаж до пяти панелей питания с габаритными размерами не более 2580х900х400. Предусмотрены варианты установки в этом модуле щита выключения питания типа ЩВПУ и батареи из необслуживаемых аккумуляторов. В этом случае максимально возможное количество панелей питания определяется с учетом организации безопасных проходов. Модуль МР - обеспечивает установку и монтаж двух полных рядов релейных (СР-ЭЦИ) или блочных стоек (СБ-ЭЦИ) высотой 2580 мм. Модуль МРК - обеспечивает установку и монтаж двух рядов релейных, блочных и кроссовых стативов (СК-ЭЦИ). Предусмотрен вариант установки в этом модуле пульта пожарно-охранной сигнализации. В этом модуле устанавливается на стене щиток заземления наружного и внутреннего контуров.

К вышесказанному можно добавить, что одним из достоинств ЭЦ, реализованной на основе средств вычислительной техники, является возможность ее непрерывного совершенствования с учетом постоянного совершенствования микропроцессорных и электронных технических средств. В качестве перспективы для дальнейшего развития систем можно выделить ряд перспективных направлений:

а) Переход на бесконтактные устройства управления напольными объектами ЭЦ (стрелками, светофорами и т.д.)

б) Частичная децентрализация системы, т.е. максимальное приближение устройств управления к наиболее удаленным напольным объектам (более 3,5 км);

в) Реализация функций ЭЦ и систем перегонной автоматики (автоблокировки, полуавтоматической блокировки и т.д.) участков, примыкающих к станции, в одном управляющем вычислительном комплексе;

г) Сопряжение ЭЦ-ЕМ с каналообразующей аппаратурой линейных пунктов ДЦ и другое [1].

2. 
Структура системы МПЦ

МПЦ, структурная схема которой представлена в приложении А, является открытой и наращиваемой системой, легко адаптируется к условиям конкретного полигона управления при проектировании и во время эксплуатации. МПЦ интегрируется с определенной составной частью исполнительных схем традиционных релейных ЭЦ.

МПЦ строится по трехуровневой структуре. Верхним уровнем являются автоматизированные рабочие места дежурного по станции (АРМ ДСП) на базе резервированных ЭВМ и АРМ дежурного электромеханика. Ко второму уровню относится комплекс технических средств управления и контроля (КТС УК). Комплекс состоит из источников питания, контроллеров, плат контроля и управления. Третий уровень включает исполнительные схемы, построенные на синтезе микроэлектронной аппаратуры и исполнительных схем релейной централизации. Выполнение функций, обеспечивающих безопасность движения, возлагается на минимальное число реле 1 класса надежности, а также на специальные меры аппаратного и программного характера.

Использование современных стандартных средств вычислительной техники для ввода информации не требует изготовления специализированных органов управления (манипуляторов). В системе МПЦ применены центральные зависимости и центральное питание. Аппарат управления - стандартная клавиатура ПЭВМ, манипулятор типа «мышь». Используется стативный монтаж с кабель-ростами. Он уменьшает трудоемкость монтажных работ. Исполнительные схемы строятся по плану станции.

Безопасность движения обеспечивается, как уже отмечалось, использованием реле 1 класса надежности, а также специальных мер аппаратного и программного характера. К аппаратным мерам безопасности могут быть отнесены:

-  динамический режим работы аппаратуры;

-       повышенная разрядность адресных и информационных шин;

-  К программным мерам безопасности относятся:

-  применение безопасного программного обеспечения;

-       применение циклического или сигнатурного кодирования приказов;

-       реализация одного действия различными алгоритмами.

-  Система МПЦ выполняет следующие основные функции:

-  выполнение маршрутного набора;

-       реализация режима автодействия светофоров;

-       фиксация неисправностей;

-       оповещение монтеров пути;

-       обдувка стрелок.

-  Кроме того, выполняются и другие функции благодаря использованию программируемой элементной базы:

-  автоматическое протоколирование действий персонала, работы системы и устройств;

-       оперативное предоставление нормативно-справочной информации и данных технико-распорядительного акта (ТРА) станции;

-       реализация функции линейного пункта ДЦ для кодового управления станцией без дополнительных капитальных затрат;

-       автоматизация управления путем формирования маршрутных заданий на предстоящий период (без ограничения емкости буфера);

-       накопление маршрутов как по принципу очереди, так и по времени исполнения (без ограничения емкости буфера);

-       хранение, просмотр и статистическая обработка отказов МПЦ;

-       поддержка оперативного персонала в нештатных ситуациях (исключение некорректных действий пользователя, режим подсказки);

-       реконфигурация зоны управления (возможность привлечения помощника при увеличении загрузки, использование нескольких человек в дневной период и одного - ночью или передача на кодовое управление с близлежащей соседней станции в ночное время суток);

-       сопряжение с информационными системами вышестоящего уровня.

В системе реализуется программное маршрутное и индивидуальное управление стрелками. Кроме того, обеспечивается возможность автоматической установки маршрутов на предстоящий период (при согласии ДСП) с выдачей речевых сообщений в случаях недопустимых отклонений и нарушений работы устройств.

В деятельности дежурного при работе с МПЦ можно выделить два режима: основной и вспомогательный. В первом режиме реализуются функции контроля состояния станционных устройств и управления объектами (стрелками, сигналами и др.) с обеспечением всех условий безопасности.

Во втором режиме (вспомогательном) можно управлять устройствами СЦБ при нарушениях их нормального функционирования. Это относится к использованию пригласительных сигналов, вспомогательному переводу стрелок, аварийной смене направления на однопутном перегоне, искусственному размыканию секций маршрута, вспомогательному режиму открытия переезда. С учетом того, что пользование перечисленными ответственными командами связано частично или полностью блокировочных зависимостей по обеспечению условий безопасности, в АРМ реализованы следующие принципы:

-  построение пользовательского интерфейса, исключающее случайную передачу ответственных команд за счет меню вложенной системы;

-       посылки двух команд (подготовительной и рабочей) в определенном временном интервале с квитированием прохождения подготовительной команды.

-       Комплекс технических средств управления и контроля МПЦ представляет собой программно-аппаратные средства, обеспечивающие следующие функции:

-       сбор, обработку и хранение информации о состоянии объектов ЭЦ (положение стрелок, сигналов и путевых объектов);

-       передачу этой информации на автоматизированное рабочее место ДСП и другие АРМы по локальной вычислительной сети;

-       прием от АРМ ДСП и последующую реализацию команд по установке, отмене и искусственной разделке маршрутов, переводу стрелок и др.;

-       сопряжение с системами ДЦ.

Для обеспечения 100%-ного резервирования аппаратура КТС УК дублирована. Один комплект является основным, а другой - резервным. Дублирующий комплект (основной или резервный) работает в режиме «горячего резерва». Комплект, который в данный момент осуществляет обмен данными с АРМ ДСП и реализует команды управления, считается «активным». Второй комплект - «пассивный» - включен, собирает и обрабатывает информацию. Он готов в любой момент перейти в активное состояние.

Неотъемлемыми частями МПЦ являются автоматизированные рабочие места (АРМ) дежурного по станции и электромеханика. Главная задача АРМ - создание человеко-машинного интерфейса. Он ориентирован на оператора, облегчает восприятие им текущей поездной обстановки, предоставляет всю необходимую информацию для принятия обоснованных решений. АРМ выполняет роль современного аналога пульта-табло релейных схем.

Применение современной вычислительной техники позволяет создать на экране монитора гибкую мнемосхему станции. Она отображает наиболее важные объекты контроля. При этом вид мнемосхемы может изменяться по командам оператора. Это позволяет отобразить специфическую информацию, необходимую для проведения маневровой работы, приема и отправления поездов, проведения проверок оборудования и др.[7]

2.1 Особенности реализации технологических алгоритмов МПЦ «iпуть»

Программное обеспечение спроектировано по принципу «снизу-вверх». Это позволяет, нормируя и собирая модули на нижнем уровне, создавать более сложную систему на базе уже созданных модулей, поведение которых уже доказано. Такой подход позволит упростить, и снизить расходы на доказательство правильности модулей ПО. Работа модулей основывается только на входных и выходных значениях, что позволяет создавать ПО с более высоким уровнем безопасности за счёт минимизации числа допускаемых ошибок.

Объектами самого низкого уровня в этой системе являются элементы, играющие роль константных значений. Они не производят никаких операций, а всего лишь выдают заданное при компиляции выходное значение. Такое использование позволило, заменяя данные типы модулей, легко модифицировать и настраивать ПО с параметрической точки зрения.

Из множества описанных простых модулей происходит сборка более сложных. При таком процессе конфигурация системы также может быть разной, а значит в большей степени приближенной к реальной модели.

Использование заменяемых блоков позволяет с небольшими затратами, переводить систему в отладочный режим. Причём, доказательства работы системы в отладочном режиме, с некоторыми допущениями, можно использовать как доказательство боевой.

После процесса сборки собранное множество модулей и алгоритмических связей между ними объединяются в один объект. Само объедение достигается различными способом. Используется структурное объединение, когда получаемый модуль имеет более целостное представление и функционирует как один отдельный модуль. И функциональное объединение: модули физически представляют собой различные взаимодействующие между собой элементы, но структурно в объекте они выполняют одну заложенную функцию. Что позволяет производить сборку произвольных объектов, которые смогут удовлетворить потребности любой станции.

Описанные объекты входят в базовое ПО и по мере необходимости могут быть дополнены новыми. Каждый выход такого элемента представляет собой определённое состояние, которое может быть числовым, символьным, логическим и т.д., но в конечном итоге представленным множеством цифровых линий. Состояние определяется целиком самим объектом. Входы и выходы объектов подключаются непосредственно к массивам данных. Эти массивы могут относиться как к исполнительной части устройств сопряжения с объектами, так и к части АРМа. Эти два множества массивов существуют в различных физических областях, и доступ к ним осуществляется либо только сервером и АРМом, либо только сервером и устройствами сопряжения. Массивы данных работают на отдельных нитях, со своим оптимальным приоритетом, конфигурируемым под конкретную станцию.

Механизм обработки значений происходит по событиям. Событием называется любое изменение выходных значений любого из массивов данных. По такому событию обрабатываются все подключённые входы к событийному выходу, и по волновому принципу происходит установка всех значений.

2.2 Функционирование ядра системы

К данному понятию будем относить последовательность и правила выполнения всех действий, т.е. в каком порядке идёт обработка процессов и выполнение возложенных на них функций.

Для начала рассмотрим функционирование сервера МПЦ как автономно работающего, т.е. без взаимодействия с резервом. Взаимодействие с другими уровнями и структурная схема сервера МПЦ показана на рисунке 2.1:

Рисунок 2.1 - Схема взаимодействия сервера МПЦ с другими уровнями

Сервер представляет собой ЭВМ, организовывающую логику взаимодействия согласно логике ЭЦ. Общение с уровнем АРМа и с уровнем УСО физически осуществляется через локальную сеть нижнего уровня. Процесс обмена информацией происходит через массивы памяти М1 и М2. Эти массивы физически находятся в одном кристалле ОЗУ для более эффективного контроля его состояния, а логические связи организованы таким образом, что система АРМ имеет доступ только к массиву М2, а УСО - к массиву М1. Это позволяет исключить прямые воздействия, минуя ПО сервера МПЦ.

Массивы реализованы как набор агентов с общей памятью. Агенты - являются автономными программными модулями, содержащими логические связи и внутренние ячейки памяти. Агенты формируются программно на основе принципа проектирования снизу-вверх. По сути, они являются объектами с точки зрения объектно-ориентированного программирования и создаются по заранее созданным классам. Такая организация позволяет для типичных напольных объектов создавать отдельные классы и на основе их собирать множество объектов так, что при этом доказывать правильность функционирования придётся только соответствующего класса и совокупности объектов в целом. Для особенных напольных объектов, логика функционирования которых выходит за рамки стандартов, необходимо либо к стандартным агентам приплюсовывать модули, дополняющие функции, либо создавать отдельный тип агента. Организация такого типа позволяет строить не только более безопасные системы, но и системы, которые легко адаптируются к различным станциям и их объектам управления.

Рисунок 2.2 - Схема интерфейсов взаимодействия ядра МПЦ

Разрабатываемый сервер МПЦ предназначен для работы с небольшим количеством объектов управления, а также его время реакции достаточно большое в силу инерционности релейных систем. Это позволяет организовать обработку массивов не событийным образом, а полную, что в свою очередь гарантирует предельное время реакции для данного множества объектов и исключает потерю значений, различное время обработки функций и множественность вариантов последовательности их исполнения. Схема интерфейсов взаимодействия ядра МПЦ представлена на рисунке 1.2.

Работа ядра происходит циклическим образом. Это означает, что всё время разбито по тактам, и в каждый такт происходит полная обработка значений всех массивов памяти. Ячейки массивов М1 и М2 с точки зрения общения с внешней средой организованы таким образом, что каждая из них в основании базового класса знает, откуда ей брать исходное просчитываемое значение. Это может быть внешний адрес сети нижнего уровня или определённая функция агента.

Внешняя сеть настроена на изменение значений массивов памяти и в таком случае содержание соответствующей ячейки передаётся по требуемому адресу. Так происходит обработка всех ячеек памяти, что охватывает полностью функциональность работы сервера.

2.3 Функциональные особенности МПЦ

Необходимость циклического обновления вытекает из требований к безопасности функционирования создаваемой централизации. При отсутствии циклического обновления система не может гарантировать полную обработку и завершённость всего процесса. Выполнение данного требования осуществляется за счёт полного циклического прохода, независимости от числа событий, конечности и требуемо малого числа обрабатываемых значений. Такая платформа позволила отойти от ограничений событий, что упрощает и повышает достоверность доказательства правильности функционирования системы.

Этот процесс является фундаментальным для организации однозначной работы двух серверов и для доказательства отсутствия зацикливания при вычислении функций агентов. Основой данного понятия в отношении разрабатываемого ПО является утверждение, заключающееся в том, что каждая ячейка памяти организовывается так, что она помнит своё значение в предыдущем такте и отдельно хранит вычисленное в этом такте значение. При запросе от внешнего вывода ячейка выдаёт значение, вычисляемое сразу же непосредственным образом тогда, когда в этом такте она ещё не вычислялась и значение, вычисленное в случае уже проведённого вычисления. Внешняя сеть видит значение ячеек только предыдущего такта. По завершению прохода глобального цикла происходит запись значений из новых вычисленных в область прошлого такта и организовывается новый цикл.

Необходимость своевременности выполнения всех действий показана в пункте циклического обновления. Данный вопрос может и не возникнуть в процессе создания системы, однако в случае его появления при использовании предлагаемой методики проектирования у нас есть средства и способы его решения.

Скорость и оптимизация являются понятиями, которые граничат с логированием и контролем. Так у нас есть функции, выполняющие логику работы всего сервера, а также функции, которые выполняют контроль и логирование ситуации. Нам необходимо уделять время и тем, и другим. Понятно, что для большего контроля ситуации и его подробного описания нужно расширить работу последних, а для более быстрого прохода основного цикла - первых. И из такого вывода делается заключение, что для испытательных и отладочных целей необходимо производить более подробные логирование и контроль в силу отсутствия реального времени.

При возникновении проблем со скоростью рассматриваются исходные кирпичики построения системы. Именно их структурное исполнение даёт наибольший результат с точки зрения времени. Далее при исчерпании этого способа идёт структурный, когда формирование агентов ведётся с требуемыми по построению затратами времени. Это распределение функций, установка промежуточных ячеек, перестроение внутриагентных операций и объединение выполняемых функций в одно целое.

Для реальных результатов необходимо опытная проверка, которая позволит оценить взаимодействие всех узлов как единое целое. Экспертная оценка, и тестирования на малых решениях, показали, что, для полноценной работы хватает процессора с частотой до 100 МГц.

Выполнение транзакций при отсутствии уже созданных для этого механизмов является одной из алгоритмически важных в осуществлении задач, особенно принимая во внимание то, что требуется построение безопасной системы.

Типичным примером транзакции является установка маршрута. Выполнение данного действия производится за счёт промежуточных состояний агентов, участвующих в его задании. Так для установки маршрута с точки зрения АРМ’а ему необходимо всего лишь установить информационно битовое значение в ячейку, отвечающую за установку. Далее активизируется агент установки маршрута, который проверяет все условия установки и если они в порядке, даёт команду на перевод стрелок. Сама же стрелка не знает о том, участвует она в маршруте или нет, но имеет своё значение положения и времени установки. Через это время агент маршрута проверяет значения стрелок и в случае их правильности открывает маршрут по светофорам, значения которых после установки также проверяются. Если на одном из этапов обнаружен сбой, то агент установки маршрута выдаёт сообщение о месте и типе сбоя. Таким образом, полностью за алгоритмизацию установки маршрута берёт на себя агент маршрута, а стрелки и светофоры являются исполнителями.

При такой организации возможно использование различных типов установок маршрута. Различие может производиться не только с точки зрения временных параметров и множества переводимых стрелок, но и с точки зрения использования других объектов в качестве параметров установки (спаренные стрелки, зависимые светофоры и т.д.) и использования других алгоритмов установки, которые могут быть определены особенностью станции.

Предназначение процесса логирования - это формирование информации о проходящем процессе для того, чтобы можно было в будущем анализировать произошедшую ситуацию. Он необходим как на стадии разработки ПО, так и в конечной эксплуатации. Во время разработки ПО требуется как отладка, так и сопряжение модулей с другими процессами, что требует более тщательного обследования.

В реальной системе логирование производится только над массивами памяти М1 и М2 на каждом цикле. Такое решение вызвано прежде всего тем, что система должна однозначно реагировать на одинаковые входные значения ячеек и при их различности легко фиксируется аппаратный сбой, вызванный физическим разрушением или искажением информации. В ином случае - фиксируется ошибка логики программного обеспечения или различности платформ исполнения. При необходимости для реальной системы может вводиться логирование для отдельных точек алгоритма как агентов, так и связей между ними.

Контроль осуществляется различными методами и полностью определяется построением базовых классов. В это входит кодирование информации, что определяется интерфейсами обмена информации между объектами. Также сюда относится контроль контрольных сумм блоков памяти по событиям прерываний. Эти и другие методы легко вписываются в модульный принцип построения ПО системы и их реализация и осуществление зависят от требований и результатов этапов разработки. К контролю можно отнести синхронизацию с резервом - это рассмотрено в соответствующем пункте.

Система МПЦ построена с условием обязательного выполнения всех функции, предусмотренных ПТЭ бел. ж. д. для систем ЭЦ.

Все центральные зависимости логики централизации и алгоритмы её функционирования реализуются на четырех ядрах централизации, параллельно выполняющих одинаковые управляющие программы МПЦ на основе операционной системы реального времени с проверкой исполнения команд и оснащенных средствами внутренней самодиагностики, что позволяет выявить выход из строя элементов МПЦ или сбой в программе и привести дискретные выходы и напольные устройства в безопасное состояние. Управление объектами (пусковые реле стрелок, сигнальные реле) производится посредством блоков ТУ8Б и ТС16Б через параллельно подключенные к ним одноименные выходы двух ядер МПЦ. Структура связи этих контроллеров позволяет наращивать и модернизировать МПЦ при возникновении такой необходимости.

Непосредственное управление стрелками осуществляется стандартными релейными схемами на основе реле I-класса надежности. При управлении выходными и маневровыми светофорами используются релейные схемы, построенные по принципам штатной системы ЭЦ МПЦ «iпуть».

Объектами контроля являются:

·   огневые реле;

·        реле контроля состояния переезда;

·        реле контроля положения стрелок;

·        реле контроля стрелочных и путевых участков.

Ввод информации осуществляется посредством полных контактных тройников вышеперечисленных реле через блоки ТС16Б.

МПЦ комплектуется резервируемой системой управления и визуализации на базе компьютеров с клавиатурами и мониторами. В помещении ДСП устанавливаются основной и резервной АРМ ДСП, при этом резервный АРМ ДСП находится в «холодном» резерве. Информация о поездной ситуации в пределах станции и с прилегающих перегонов поступает от существующих рельсовых цепей.

3.      Алгоритмы работы ЯДРА МПЦ «Iпуть»

Алгоритмы работы МПЦ «iпуть» основаны на алгоритмах работы существующей системы МРЦ-13, т.к. безопасность и безотказность алгоритмов работы МРЦ находится на высоком уровне и в следствии длительного периода использования они полностью прошли опытную эксплуатацию.

Далее будут приведены алгоритмы работы МПЦ на которых основана работа и для сравнения приведен граф состояний системы МПЦ при установке поездного маршрута.

На рисунке 3.1 приведен алгоритм установки маршрута в системе МРЦ.

Рисунок 3.1 - Алгоритм установки маршрута в МПЦ

На рисунке 3.2 представлен граф состояний с указанием условий переходя из одного состояния в другое.

Рисунок 3.2 - Граф состояний системы МПЦ при установке поездного маршрута.

3.1 Алгоритмическая структура МПЦ

МПЦ состоит из двух независимо работающих, от питания до рабочих реле, системах управления и контроля (полный резерв).

На рисунке 3.3 представлена структурная схема комплекта системы МПЦ.

Рисунок 3.3 - Структурная схема комплекта системы МПЦ

В состав МПЦ входят:

·        ядро системы на базе четырех блоков в промышленном исполнении (по два

на каждую из параллельных систем);

·   технологический блок (АРМ ШН, архив, протокол, проектируемая внешняя связь) на базе четырех системных блоков в промышленном исполнении (по два на каждую из параллельных систем);

·        технологическое оборудование (консольный коммутатор, сетевой концентратор, источники питания, 19” стойки, стативы МПЦ).

Управление МПЦ осуществляется с автоматизированного рабочего места дежурного по станции (АРМ ДСП).

Работа МПЦ контролируется по отображению состояния объектов на дисплее АРМ ДСП, управление осуществляется ДСП через узлы управления АРМ (клавиатура, манипулятор мышь). Команды ДСП, приказы ядра системы, состояния объектов регистрируются в журналах и архивах на технологических компьютерах МПЦ.

Диагностика МПЦ и контроль технических параметров осуществляется с автоматизированного рабочего места электромеханика (АРМ ШН). Этот же АРМ позволяет анализировать протокол действий дежурного по станции и в целом работы МПЦ.

Ядро МПЦ на базе двух промышленных ЭВМ обеспечивает логику работы МПЦ и условия безопасности движения поездов. За счет непрерывной передачи информации между компьютерами рабочей параллели диагностируется правильность прохождения команд и работоспособности системы и следовательно потребность перехода на работу второй параллели.

Оба компьютера через петли связи по протоколу RS-485 стыкуются с рабочими контроллерами (блоки ТУ, ТС). Главная цель ядра МПЦ состоит в обработке данных таким образом, чтобы обеспечить выполнение всех взаимозависимостей безопасным способом.

3.2 Технические характеристики МПЦ

Централизованное управление технологическим процессом на станции обеспечивается возможностью совмещения в одном комплексе технологических функций ЭЦ, связи с объектом и связи с оперативно-техническим персоналом (автоматизированное рабочее место дежурного по станции - АРМ ДСП, автоматизированное рабочее место электромеханика СЦБ - АРМ ШН). Организация связи с объектами управления и контроля позволяет обеспечить до 16 контролируемых дискретных входов на один модуль ввода и до 8 управляемых дискретных выходов на один модуль вывода.

Контролируемые параметры могут являться дискретной информацией, принимающей значения «0» или «1».

Электропитание осуществляется от собственной системы бесперебойного гарантированного электропитания.

Основные технические характеристики приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Основные технические характеристики МПЦ

Наименование параметра	Значение параметра
Количество станций	1
Количество автоматизированных рабочих мест	2
Тип системы безопасности	2+2
Тип системы управления	централизованное
Время цикла выполнения программы	320 мс
Климатическое исполнение	УХЛ4
Устойчивость к климатическим воздействиям	К1
Воздействие электромагнитных помех	степень жесткости 3
Качество функционирования	А
Напряжение электропитания	220 В, 50 Гц
Количество стрелок	до 80

Съем информации о поездной ситуации на станции идет циклически. Решение текущих алгоритмов происходит. Время цикла - 320 мс. Время реакции на любое внешнее воздействие составляет 700-1500 мс, включая время работы исполнительных устройств.

Предусматриваемый срок службы МПЦ - 20 лет (при условии проведения технического обслуживания и восстановительных работ).

3.3 Характеристика ПМО МПЦ

Как было сказано ранее МПЦ состоит из двух управляющих комплектов. Каждый управляющий комплект состоит из нескольких уровней программно аппаратных средств. Отказ или сбой любого компонента может повлечь переход всего комплекта в защитное состояние. Технические параметры ядра МПЦ приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Технические параметры ядра МПЦ приведены в таблице.

Параметры	Описание
Конфигурация	Дублированная система с горячим резервом
Центральный процессор	VIA C3 Processor bis 800 MHz
Операционная система	Windows XP/Linux
Язык программирования	С++
Производительность	Цикл реализации команды 0.5 с.
Надежность	Наработка на отказ: -блока питания 250 000 ч. -комплектующих 100 000 ч.
Безопасность	Уровень 4 по IEC 61508, EN 50126
Протоколы связи	TCP/IP, RS-485
Скорость передачи	155 200 бит/с
Потребляемая мощность	250 тт

3.4 Структурная схема ПМО МПЦ

На рисунке 3.3 представлена укрупненная схема одного комплекта системы МПЦ.

Ядро системы МПЦ работает на серверах под управлением операционной системы Windows. Рассмотрим функционирование сервера МПЦ. Взаимодействие с другими уровнями и структурная схема сервера МПЦ показана на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Структурная схема ПМО МПЦ.

Сервер представляет собой ЭВМ, организовывающую логику взаимодействия согласно логике ЭЦ. Общение с уровнем АРМ’а и с уровнем УСО физически осуществляется через локальную сеть нижнего уровня. Процесс обмена информацией происходит через массивы памяти М1 и М2. Эти массивы физически находятся в одном кристалле ОЗУ для более эффективного контроля его состояния, а логические связи организованы таким образом, что система АРМ имеет доступ только к массиву М2, а УСО - у массиву М1. Это позволяет исключить прямые воздействия, минуя ПО сервера МПЦ.

Массивы реализованы, как набор агентов с общей памятью. Агенты автономными программными модулями, содержащими логические связи и внутренние ячейки памяти. Агенты формируются программно на основе принципа проектирования снизу-вверх. По сути, они являются объектами с точки зрения объектно-ориентированного программирования и создаются по заранее созданным классам. Такая организация позволяет для типичных напольных объектов создавать отдельные классы и на основе их собирать множество объектов так, что при этом доказывать правильность функционирования придётся только соответствующего класса и совокупности объектов в целом. Для особенных напольных объектов, логика функционирования которых выходит за рамки стандартов, необходимо либо к стандартным агентам приплюсовывать модули, дополняющие функции, либо создавать отдельный тип агента.

Организация такого типа позволяет строить не только более безопасные системы, но и системы, которые легко адаптируются к различным станциям и их объектам управления.

4.      Характеристика Станции СоЖ

 

.1 Общая характеристика станции Сож

Станция Сож является промежуточным раздельным пунктом Гомельского узла, оборудованным устройствами диспетчерской централизации. Станция Сож работает в режиме автономного управления.

В централизацию станции Сож включены:

·       стрелок - 15,

·        сбрасывающих остряков - 1,

·        светофоров - 24, из них: поездных - 15,маневровых - 9.

Устройствами АЛСН оборудованы IП, IIП, 4П, 6П пути.

Контроль наличия переменного тока, исправности ламп переездных светофоров и посылки извещения подается к ДСП ст. Сож.

Станция Сож оборудована блочной маршрутно-релейной централизацией (БМРЦ), позволяющей выполнять все маршруты предусмотренные таблицей взаимосвязи стрелок, сигналов и маршрутов. Станция оборудована изоляцией всех приемоотправочных путей, стрелочных и бесстрелочных участков. Все маневровые передвижения по станции маршрутизированы.

Станция оборудована парковой связью громкоговорящего оповещения (ПСГО), а также всеми необходимыми видами радио и проводной связи.

4.2 Характеристика устройств СЦБ

К станции Сож примыкают:

·   однопутный перегон Ипуть - Сож;

·        однопутный перегон Сож - Костюковка;

·        однопутный перегон Сож - Светоч.

В состав МПЦ входят:

Однопутный перегон Ипуть- Сож оборудован релейной полуавтоматической блокировкой. На перегоне расположены:

–   переезды 16км + 627м, 15км+ 290м, оборудованные устройствами автоматической переездной сигнализации, не обслуживаемые дежурным работником дистанции пути, контроль работы которых выведен на выносное табло ДСП ст. Сож.

–   переезды 6км + 613м, 8км+161м, оборудованные устройствами автоматической переездной сигнализации, не обслуживаемые дежурным работником дистанции пути, контроль работы которых выведен на выносное табло ДСП ст. Ипуть.

Однопутный перегон Сож - Светоч оборудован кодовой автоматической блокировкой без проходных светофоров. На перегоне расположены:

–   переезд 0км+874м, оборудованный устройствами автоматической переездной сигнализации, не обслуживаемые дежурным работником дистанции пути, контроль работы которых выведен на выносное табло ДСП ст. Сож;

–       контрольно- габаритные устройства (КГУ-II)- контролирующий

габаритподвижного состава в поездах, пребывающих на ст. Cож . Контроль состояния КГУ выведен на выносное табло ст. Сож.

Однопутный перегон Сож - Костюковка оборудован кодовой автоматической блокировкой. На перегоне расположены:

–   спаренная сигнальная точка 1/2, работа которой контролируется на выносном табло ст. Сож;

–       переезд 19 км+949 м, оборудованный устройствами автоматической

переездной сигнализации, не обслуживаемый дежурным работником дистанции пути, контроль работы которого выведен на выносное табло ДСП ст. Сож;

–   переезд 21 км, пересекающий кроме этого перегонного пути двухпутный

перегон Костюковка - Светоч на 206 км, оборудован автоматической переездной сигнализацией с автошлагбаумами, обслуживается дежурным работником дистанции пути. Контроль работы этого переезда выведен на пульт-табло ДСП ст. Костюковка;

–   контрольно-габаритные устройства (КГУ-I)- контролирующие габарит подвижного состава в поездах, прибывающих на ст. Сож. Контроль состояния КГУ выведен на выносное табло ст. Сож.

5.      Разработка модели Станции СоЖ

 

.1 Структура моделей

Одной из трех составляющих блоков первичных данных является модель объекта станции. Эти данные включают в себя описание входных и выходных переменных и логику присвоения им значений.

Описание модели объекта описывает логику работы определенного обобщенного объекта станции. Так, например, на станции может быть несколько поездных маршрутов, они будут представлять одну модель объекта станции - модель поездного маршрута. В этой модели будет описана правила взаимодействия и логика работы всех объектов станции (светофоры, стрелки и т.д.), которые будут участвовать в любом поездном маршруте.

Структурная схема формата данных приведена на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1 - Формат данных модели объекта станции

Любые переменные могут принимать значения только 0 или 1.

В переменные записываются состояния определенных объектов станции, которым присвоены определенные свойства.

В подсистеме модель объекта представляется в виде текстовых файлов, которые хранятся на каком либо носителе информации.

Файл модели объекта состоит из трех секций - [main], [входы], [выходы].

Секция [main] описывает имя файла-модели.

Секция [входы] описывает имена входных полей, правила по которым им будут присваиваться значения и значения для присвоения в описанные поля.

Секция [выходы] описывает имена выходных переменных, правила по которым им будут присваиваться значения и значения для присвоения в описанные поля.

Формат записи строки из секции [входы] следующий:

<имя_переменной>

= <тип_присвоения_значений>

= [<([!]маска_свойства1, [!]маска_свойства2, [!]маска_свойстваN)>]

= [<значение_для_присвоения>]

[= <значение_для_присвоения_по_умолчанию>];

<имя_переменной> - имя входной переменной, может содержать буквенно-цифровые символы;

<маска_свойств> - перечисленные через запятую свойства объектов, которым будут присваиваться данные значения. Если перед наименованием свойства стоит «!», то это означает, что при поиске объекта с такими свойствами в блоке первичных данных описывающих объекты станции, он не должен содержать данное свойство; если «!» не указан перед наименованием свойства, то это означает, что при поиске объектов, он должен содержать данное свойство обязательно. Если объект содержит свойтсва не указанные в маске свойств, то при поиске они будут игнорироваться. Если не указать маску свойств, то это означает, что поиск вернет все объекты текущего файла описывающего определенный объект станции;

<тип_присвоения_значений> - один из трех типов присвоения. Типы присвоения значений бывают следующие:

&ONE& - в описываемое поле может быть присвоено только одно значение,

&AND& - в описываемое поле может быть присвоено несколько значений с выполнением логической операции «И»,

&OR& - в описываемое поле может быть присвоено несколько значений с выполнением логической операции «ИЛИ»;

<значение_для_присвоения> - указывается значение для присвоения. Формат записи следующий: [*.]<значение>. Символ «*» означает, что в переменную будут присваиваться значение определенного состояния объектов, соответствующим маске свойств с указанным типом присвоения. Также в качестве значения может быть «0» или «1», что означает прямое присвоение;

<значение_для_присвоения_по_умолчанию> - присваивается, если не указано значение для присвоения или не найдены объекты с определенными свойствами.

Формат записи строки из секции [выходы] следующий:

[<([!]маска_свойства1, [!]маска_свойства2, [!]маска_свойстваN)>]

= [<значение_для_присвоения>]

= [<тип_присвоения_значений>]

<имя_переменной>;

В строке секции [выходы] может быть только четыре знака «=», т.е. четыре параметра. Любой параметр, кроме имени переменной можно не указывать. Если не указывать параметры, то в переменную будут присваиваться состояния всех объектов. Описание параметров полностью совпадает с описанными выше для секции [входы].

 

.2 Разработка файлов описания объектов

При помощи данной блока первичной информации описываются объекты станции. Объектами могут быть маршрут, светофор, перегон, путь, секция и т.д. Сам файл также состоит из описания объектов, взаимодействующих с описываемым объектом. Т.е. если описывается объект типа «маршрут», то в блоке будут описываться стрелки, светофоры, секции, команды управления станцией. При помощи данного блока данных описывается макет станции. Все свойства объектов описываются согласно таблицы взаимозависимости стрелок, сигналов и маршрутов [3].

Структура схема файла описания объекта приведена на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 - Структура файла описания объекта

В файле обязательным является блок, в котором указывается файл-модель описываемого объекта; имя описываемого объекта; название, которое будет передаваться как параметр определенному вспомогательному алгоритму работы; имя вспомогательного алгоритма работы . Формат записи данных следующий:

<имя_файла_модели>:файл

<наименование_объекта>:имя

<название>:название

<имя_файла_вспомогательный_алгоритм>:скрипт

В одной строке файла не может быть описано более одного объекта.

Далее идет блок описания объектов. Формат строки описания объектов следующий:

[<наименование_объекта>]:<свойство1>[,<свойство2>,свойствоN]

Если не указано наименование объекта, то указанные после двоеточия свойства будут присвоены всем описанным объектам в данном файле. Наименования свойств определены однозначно и не могут быть выбраны произвольно. Строка описания объекта должна обязательно содержать хотя бы одно свойство.

Формат описания команды управления выглядит следующим образом:

[станция].<наименование_комманды>:<свойство1>[,<свойство2>,свойствоN]

Ключевое слово [станция] говорит подсистеме, что далее, после символа «.» следует наименование команды. Наименование команды совпадает по написанию с командами вводимыми с АРМ ДСП. В свойствах описываются действия, выполняемые данной командой.

Для парка станции Сож, уже созданы алгоритмы объектов в cxx файлах, они универсальные и могут быть использованы для любых станций по принципу БМРЦ. Для сборки модели станции необходимо создать только .prclink файлы, для всех объектов станции, таких как стрелки, секции, светофоры, маршруты.

5.3 Модель поездного маршрута

На рисунке 5.3 представлена схема маневрового маршрута М11-Ч4 , на примере которого и произведено описание задания маршрутов.

Рисунок 5.3 - Маневровый маршрут М11-Ч4

В секции «main» описано имя модели, на данное имя ссылаются описания объектов этой модели.

[main]

маршрут_m.cfg:файл

В секции «входы» описываем входные переменные и логику присвоения им значений:

[входы]

Маршрут[М11.Ч2]: // имя файла описания объекта

<<Маршрут[М11.Ч2]>>: // название объекта

lgo/cxx/route_m_fay.cxx: // имя вспомогательного алгоритма работы для данного объекта

Все выше приведенные параметры извлекаются из файлов описаний объектов.

Определяем тип маршрута:

:нечётный

:маневровый

//:отправления

Описываем все стрелки входящие в маршрут:

Стрелка[9]:стрелка,минус

Стрелка[17]:стрелка,минус

Стрелка[21]:стрелка,минус

Описываем все секции входящие в маршрут:

Секция[7СП]:секция,секция_отправления

Секция[9-13СП]:секция,первая

Секция[17-21СП]:секция,последняя

Секция[4П]:секция,секция_приёма,путь_приёма

В следующей записи будут определенны все маршруты являющиеся враждебными для данного с применением логической операции «И». Если же таких объектов не обнаружиться, то в переменную запишется значение по умолчанию «1». Если же у объекта есть свойство «враждебный» объекту присваивается состояние «ожидание».

Маршрут[М3.М11]:враждебный

Маршрут[М5.М11]:враждебный

Маршрут[М19.М9]:враждебный

Маршрут[М19.М13]:враждебный

Маршрут[М13.М3]:враждебный

Маршрут[М13.М5]:враждебный

Маршрут[Ч1.М13]:враждебный

Маршрут[Ч2.М13]:враждебный

Маршрут[Ч3.М13]:враждебный

Маршрут[Ч4.М13]:враждебный

Маршрут[Ч5.М13]:враждебный

Маршрут[Ч6.М13]:враждебный

Маршрут[Ч1.Н]:враждебный

Маршрут[Ч2.Н]:враждебный

Маршрут[Ч3.Н]:враждебный

Маршрут[Ч4.Н]:враждебный

Маршрут[Ч5.Н]:враждебный

Маршрут[Ч6.Н]:враждебный

Маршрут[Н.Ч1]:враждебный

Маршрут[Н.Ч2]:враждебный

Маршрут[Н.Ч3]:враждебный

Маршрут[Н.Ч4]:враждебный

Маршрут[Н.Ч5]:враждебный

Маршрут[Н.Ч6]:враждебный

Маршрут_пригласительный[Н.Ч1]:враждебный

Маршрут_пригласительный[Н.Ч2]:враждебный

Маршрут_пригласительный[Н.Ч3]:враждебный

Маршрут_пригласительный[Н.Ч4]:враждебный

Маршрут_пригласительный[Н.Ч5]:враждебный

Маршрут_пригласительный[Н.Ч6]:враждебный

Маршрут[Чк.Н4]:враждебный

Маршрут[Чс.Н4]:враждебный

Маршрут_пригласительный[Чк.Н4]:враждебный

Маршрут_пригласительный[Чс.Н4]:враждебный

В следующей секции «выходы» происходит формирование посылки команды «установка маршрута» или «отмена маршрута» а также их подтверждение:

[выходы]

[станция].УММ.М11.Ч2:команда

[станция].ОТ.М11:команда,отмена

[станция].УММ.М11.Ч2_ПОДТВ:арм_подтв

[станция].ОТ.М11_ПОДТВ:отмена_арм_подтв

Файлы стрелок для сборки модели станции в количестве 15 штук приведены в приложении А.

Файлы секций для сборки модели станции в количестве 18 штук приведены в приложении Б.

Файлы светофоров для сборки модели станции в количестве 27 штук приведены в приложении В.

Файлы маршрутов для сборки модели станции в количестве 93 штук приведены в приложении Г.

6.      Расчет экономического эффекта

 

6.1 Основные положения расчёта стоимости программного обеспечения

Программное обеспечение является материальным объектом специфической интеллектуальной деятельности специалистов, состоящим из программно-документально оформленного проекта, реализующего свои потребительские свойства и качества в составе функционирующих вычислительных систем или систем обработки данных. По стоимости и срокам службы ПО относится к основным производственным фондам предприятия.

Каждое ПО как реальная продукция имеет определенный жизненный цикл, т.е. период от начала разработки и до снятия с эксплуатации, включающей три стадии: разработку (проектирование), производство (создание) и использование.

Программное обеспечение как товарная продукция могут быть двух видов:

–   научно-техническая продукция;

–       продукция производственно-технического назначения.

В современных рыночных экономических условиях ПО выступает преимущественно в виде продукции научно-технических организаций, представляющей собой функционально завершенные и имеющие товарный вид программного обеспечения вычислительной техники, реализуемые покупателям по рыночным отпускным ценам. Все завершенные разработки программного обеспечения ВТ являются научно-технической продукцией.

Широкое применение средств вычислительной техники требует постоянного обновления и совершенствования ПО. Выбор эффективных проектов ПО связан с их экономической оценкой и расчетом экономического эффекта.

Расчет экономического эффекта ПО основан на принципах “Комплексной оценки эффективности мероприятий, направленных на ускорение научно-технического прогресса”. Экономический эффект может определяться как у разработчика, так и у пользователя.

У разработчика экономический эффект выступает в виде чистой прибыли, остающейся в распоряжении предприятия от реализации ПО, а у пользователя - в виде экономии трудовых, материальных и финансовых ресурсов, получаемой от:

–   снижения трудоемкости расчетов, алгоритмизации программирования и отладки программ (задач) за счет использования ПО в процессе разработки автоматизированных систем и систем обработки данных;

–       сокращения расходов на оплату машинного времени и других ресурсов на отладку задач;

–       снижения расходов на материалы (магнитные, лазерные диски и прочие материалы);

–       ускорения ввода в эксплуатацию новых систем;

–       улучшения показателей основной деятельности предприятий в результате использования ПО.

Стоимостная оценка ПО у разработчиков предполагает составление сметы затрат, которая включает следующие статьи:

–   затраты на материалы;

–       спецоборудование;

–       заработная плата исполнителей основная и дополнительная;

–       отчисления в фонд социальной защиты населения;

–       налоги, входящие в себестоимость ПО;

–       машинное время;

–       расходы на научные командировки;

–       прочие расходы;

–       накладные расходы.

На основании сметы затрат рассчитывается себестоимость и отпускная цена ПО. Сумма основной заработной платы рассчитывается на основе численности специалистов, соответствующих тарифных ставок и фонда рабочего времени. Причем численность специалистов, календарные сроки разработки программы и фонда рабочего времени определяются по укрупненным нормам времени на разработку, сопровождение и адаптацию программного обеспечения или экспертным путем. Расчет трудоемкости ПО с использованием укрупненных норм времени осуществляется в основном в крупных научно-технических организациях для решения сложных задач программного обеспечения ВТ. В мелких и средних научно-технических организациях трудоемкость, численность исполнителей и сроки разработки ПО определяются экспертным путем с использованием данных по базовым моделям. При определении трудоемкости ПО учитываются объем ПО (в тыс. условных машинных команд или исходных команд), объем документации (тыс. строк), новизна и сложность ПО, язык программирования, степень использования типовых (стандартных) программ.

6.2 Исходные данные

Разработка программных средств (ПС) предусматривает проведение всех стадий проектирования (техническое задание, эскизный проект, технический проект, рабочий проект, внедрение) и относится к 3-й группе сложности. По степени новизны ПС относится к группе «А» с коэффициентом 1,0.

Расчет производится на основе исходных данных, представленных в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Исходные данные

Наименование показателей	Буквенные обозначения	Единицы измерения	Количество
Коэффициент новизны	kн	единиц	1,0
Группа сложности		единиц	3
Дополнительный коэффициент сложности	kсл	единиц	0,18
Поправочный коэффициент, учитывающий использование типовых программ	kт	единиц	0,9
Установленная плановая продолжительность разработки	Tр	лет	0,1
Годовой эффективный фонд времени	Фэф	дней	255
Продолжительность рабочего дня	Tч	ч	8
Тарифная ставка 1-го разряда	Tм1	руб.	75000
Коэффициент премирования	kп	единиц	1,4
Норматив дополнительной заработной платы	Hзд	%	10
Ставка отчислений в фонд социальной защиты населения	Hзсз	%	34
Норматив прочих затрат	Hпз	%	3
Норматив на сопровождение и адаптацию ПО	Hрса	%	10
Ставка налога на добавленную стоимость	Hдс	%	18
Первоначальная стоимость используемых основных фондов	ПО	Руб.	500 000
Норматив амортизации ВТ	На	%	12,5

В выполнении работ задействованы:

–   руководитель дипломного проекта;

–       студент-дипломник;

Приравняем руководителя дипломного проекта к должности начальник отдела. Присвоим ему 13 разряд, установим продолжительность участия в разработке - 20 дней. Тарифный коэффициент - 3,98;

Приравняем студента-дипломника к должности инженера-программиста без категории. Присвоим ему 9 разряд, установим продолжительность участия в разработке 20 дней. Тарифный коэффициент - 2,48.

6.3 Определение объема программного обеспечения

Объем ПО определяется путем подбора аналогов на основании классификации типов ПО, каталога функций ПО и каталога аналогов ПО в разрезе функций, которые постоянно обновляются и утверждаются в установленном порядке. На основании информации о функциях разрабатываемой САО, по каталогу функций определяется объем функций. Затем по каталогу аналогов в разрезе функций уточняется объем функций. На основании этих данных составлена таблица 5.2.

Таблица 6.2 - Объём программного обеспечения

Номер Функции	Содержание функций	Объем (условных машинных команд)
109	Организация ввода / вывода информации в интерактивном режиме	109
203	Формирование базы данных	626
204	Обработка наборов и записей базы данных	790
305	Обработка файлов	367
309	Формирование файла	740
403	Формирование служебных таблиц	369
503	Управление внешними устройствами и объектами	1456
506	Обработка ошибочных и сбойных ситуаций	520
507	Обеспечение интерфейса между компонентами	686
604	Справка и обучение	445	Расчет показателей	263
707	Графический вывод результатов	203
Итого:		6574

Общий объем ПО рассчитывается по формуле:

,     (6.1)

где  - общий объем ПО, условных машинных команд;

 - объем функций ПО, условных машинных команд;

 - общее число функций.

6.4 Расчёт трудоёмкости ПО

На основании общего объема ПО определяется нормативная трудоемкость Tн по таблицам. Нормативная трудоемкость устанавливается с учетом сложности ПО. Выделяется три группы сложности, в которых учтены следующие составляющие ПО: языковой интерфейс, ввод-вывод, организация данных, режимы работы, операционная система и техническая среда. Кроме того, устанавливаются дополнительные коэффициенты сложности ПО.

С учетом дополнительного коэффициента сложности kсл (см. таблицу 5.1) рассчитывается общая трудоемкость ПО.

,       (6.2)

где То - общая трудоемкость ПО, человеко-дней;

Тн - нормативная трудоемкость ПО, человеко-дней;

kсл - дополнительный коэффициент сложности ПО.

Объему в 6574 условных машинных команд (3-я группа сложности ПО) соответствует нормативная трудоемкость 60 человеко-дней. По формуле (6.2) определим общую трудоемкость ПО:

 человеко-дня.      

При решении сложных задач с длительным периодом разработки ПО трудоемкость определяется по стадиям разработки (техническое задание - ТЗ, эскизный проект - ЭП, технический проект - ТП, рабочий проект - РП и внедрение - ВН) с учетом новизны, степени использования типовых программ и удельного веса трудоемкости стадий разработки ПО в общей трудоемкости разработки ПО. При этом на основании общей трудоемкости рассчитывается уточненная трудоемкость с учетом распределения по стадиям

,    (6.3)

где Ту - уточненная трудоемкость ПО, человеко-дней;

Тi - трудоемкость разработки ПО на i-й стадии, человеко-дней;

m - количество стадий разработки.

Трудоемкость ПО по стадиям определяется с учетом новизны и степени использования в разработке типовых программ и ПО

Тстi = dстi∙kн∙kт∙То,                                                                           (6.4)

где Tстi - трудоемкость разработки ПО на i-й стадии (технического задания, эскизного проекта, технического проекта, рабочего проекта и внедрения), человеко-дней;

kн - поправочный коэффициент, учитывающий степень новизны ПО;

kт- поправочный коэффициент, учитывающий степень использования в разработке типовых программ и ПО;стi - удельный вес трудоемкости i-й стадии разработки ПО в общей

трудоемкости ПО.

На основании уточненной трудоемкости разработки ПО и установленного периода разработки рассчитывается общая плановая численность разработчиков ПО:

       (6.5)

где Чр - плановая численность разработчиков, чел.;

Фэф - годовой эффективный фонд времени работы одного работника в течение года, дней в год;

Tр - плановая продолжительность разработки ПО, лет.

По формуле определим уточненную трудоемкость на стадии рабочего проекта

 человеко-дней.

Например, по формуле (6.5) определим общую плановую численность разработчиков на стадии рабочего проекта

 чел.

Результаты расчетов уточненной трудоемкости и общей плановой численности разработчиков на разных стадиях разработки по формулам (6.5) и представлены в таблице 6.3.

Таблица 6.3 - Результаты расчетов трудоемкости

	Стадии разработки					Итого
	ТЗ	ЭП	ТП	РП	ВН
Коэффициенты удельных весов трудоемкости стадий, dстi	0,11	0,09	0,11	0,55	0,14	1,0
Коэффициенты, учитывающие использование типовых программ, kт	-	-	-	0,9	-	-
Коэффициенты новизны, kн	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	-
Уточняющая трудоемкость Tу стадий, человеко-дней	7,79	6,37	7,79	35,05	9,91	66,91
Численность Чр исполнителей, чел.	2,35	2,5	2,35	2,81	2,78	12,79
Срок Tр разработки, лет	0,013	0,01	0,013	0,05	0,014	0,1

 

.5 Расчёт заработной платы разработчиков ПО

Уточненная трудоемкость и общая плановая численность разработчиков служат базой для расчета основной заработной платы. По данным о спецификации и сложности выполняемых функций составляется штатное расписание группы специалистов-исполнителей, участвующих в разработке ПО с определением образования, специальности, квалификации и должности.

В соответствии с тарифными разрядами и коэффициентами должностей руководителей научных организаций каждому исполнителю устанавливается разряд и тарифный коэффициент.

Месячная тарифная ставка каждого исполнителя Тм определяется путем умножения действующей месячной тарифной ставки 1-го разряда Тм1 на тарифный коэффициент Тk, соответствующий установленному разряду

 , (6.6)

Часовая тарифная ставка рассчитывается путем деления месячной тарифной ставки на установленный при семичасовом рабочем дне фонд рабочего времени - 168 часа.

 ,    (6.7)

где Т ч - часовая тарифная ставка, ден. ед.;

Т м - месячная тарифная ставка, ден. ед.

По формулам (6.6) и (6.7) определим месячные и тарифные ставки начальника отдела (Tмо, Tчо) и инженера программиста (Tмп, Tчп) :

 руб.;

 руб.;

 руб.;

 руб.;

Основная заработная плата исполнителей ПО рассчитывается по формуле

        (6.7)

где n - количество исполнителей, занятых разработкой ПО;

Тчi - часовая тарифная ставка i-го исполнителя, ден. ед.;

Фэi - эффективный фонд рабочего времени i-го исполнителя, дней;

Тч - количество часов работы в день, ч;

kп - коэффициент премирования.

По формуле (6.7) определим основную заработную плату исполнителей ПО

З руб.

Дополнительная заработная плата на ПО Здi включает выплаты, предусмотренные законодательством о труде (оплата, отпусков, льготных часов, времени выполнения государственных обязанностей и других выплат, не связанных с основной деятельностью исполнителей), и определяется по нормативу в процентах к основной заработной плате:

 ,     (6.8)

где Здi - дополнительная заработная плата исполнителей ПО, ден. ед.;

Нд- норматив дополнительной заработной платы в целом по научной

организации.

По формуле (6.8) определим дополнительную заработную плату на ПО:

 руб.

6.6 Расчёт отчислений, налогов и затрат

Отчисления в фонд социальной защиты населения Зсзi определяются в соответствии с действующими законодательными актами по нормативу в процентном отношении к фонду основной и дополнительной заработной платы исполнителей:

 ,      (6.9)

где Нзсз - норматив отчислений в фонд социальной защиты населения, %.

По формуле (6.9) определим отчисления в фонд социальной защиты населения:

 руб.

Сумма амортизационных отчислений по ОПФ, относимая на себестоимость ПО Аoi определяется по формуле

, руб.   (6.10)

где Аoi - амортизационные отчисления по конкретному средству ВТ в расчете на год, ден. ед.;

Тф - фактический срок использования основной ВТ;

Псi - первоначальная стоимость ВТ.

По формуле (6.10) определим сумму амортизационных отчислений:

 руб.

Расходы по статье “прочие затраты” Пзi на ПО включают затраты на приобретение и подготовку специальной научно-технической информации и специальной литературы. Определяются по нормативу, разрабатываемому в целом по научной организации, в процентах к основной заработной плате:

,       (6.11)

где Hпз - норматив прочих затрат в целом по научной организации, %.

По формуле (6.11) определим прочие затраты:

 руб.

Общая сумма расходов по всем статьям сметы Срi на ПО рассчитывается по формуле

,     (6.12)

По формуле (6.12) определим общую сумму расходов:

 руб.

Кроме того, организация-разработчик осуществляет затраты на сопровождение и адаптацию ПО Pсаi, которые определяются по нормативу Hрса :

, руб.      (6.13)

где Hрса - норматив расходов на сопровождение и адаптацию, %.

По формуле (6.13) определим расходы на сопровождение и адаптацию:

 руб.

6.7 Расчёт себестоимости, отпускной цены и прибыли

Общая сумма расходов на разработку (с затратами на сопровождение и адаптацию) как полная себестоимость ПО Спi определяется по формуле

, руб.         (6.14)

По формуле (6.15) определим полную себестоимость ПО:

 руб.

Рентабельность и прибыль по создаваемому ПО определяются исходя из результатов анализа рыночных условий, переговоров с заказчиком (потребителем) и согласования с ним отпускной цены, включающей дополнительно налог на добавленную стоимость. Прибыль рассчитывается по формуле

, руб.       (6.15)

где Прi - прибыль от реализации ПО заказчика, ден. ед.;

Урпi - уровень рентабельности ПО, принимаем 30 %;

Спi - себестоимость ПО, ден. ед.

По формуле (6.15) определим прибыль от реализации создаваемого ПО:

 руб.

В цену ПО включается налог на добавленную стоимость, который рассчитывается по нормативу, установленному действующим законодательством, в процентах к общей сумме добавленной стоимости:

,   (6.16)

где Ндсi - налог на добавленную стоимость, ден. ед.;

Дсi - добавленная стоимость, ден. ед.;

Нндс - норматив налога на добавленную стоимость, %.

Действующим законодательством предусмотрены льготы по налогу на добавленную стоимость. От налога на добавленную стоимость освобождается реализация научно-исследовательских работ, которые выполняются на основе хозяйственных договоров для потребителей Республики Беларусь, работы и услуги учебно-опытных участков и учебных хозяйств, учреждений образования и другие работы.

Добавленная стоимость на ПО рассчитывается по формуле

,   (6.17)

На реализацию создаваемого ПО льготы по налогу на добавленную стоимость Ндсi не распространяются. В связи с этим добавленная стоимость на ПО определяется по формуле (6.17):

 руб.

По формуле (69) определим налог на добавленную стоимость:

 руб.

Прогнозируемая отпускная цена ПО представляет собой сумму себестоимости, прибыли и налога на добавленную стоимость:

 ,      (6.18)

По формуле (6.18) определим прогнозируемую отпускную цену ПО:

руб.

Прибыль от реализации ПО остается организации разработчику и предоставляет собой эффект от создания нового программного обеспечения ВТ.

Таким образом экономический эффект от создания нового программного обеспечения составляет рублей.

7.      Проектирование Системы оптоволоконного освещения

Еще недавно сложно было предположить, что оптическое волокно (Fiber Optic или сокращенно F.O.), используемое в те годы и сегодня в основном для передачи информации или в особых случаях, может являться новым альтернативным видом освещения. Стекловолокно, используемое для связи, имеет свои специфические характеристики, и помимо определенных сложностей при монтаже, довольно высокую стоимость.

Более поздние разработки на основе полимерных оптических волокон позволили существенно расширить область применения Fiber Optic.

Одним из лучших вариантов осветить что угодно и где угодно, безопасно и эффектно, является применение оптоволокна. Для дизайнеров и архитекторов оптоволоконное освещение открывает безграничные возможности.

Оптоволоконные технологии применяются в освещении несколько десятилетий. Сначала считалось, что это не более, чем оригинальное техническое решение. Однако при изучении возможностей и свойств оптических волокон было выявлено множество преимуществ, заметно выделяющих оптоволоконное освещение от других источников света.

Одно из основных преимуществ - безопасность, так как в оптоволоконной системе освещения единственным прибором, требующим подключения к электричеству, является проектор, который можно вынести за пределы освещаемой площади. К проектору подключаются оптические волокна, по которым проводится только свет (волокна не проводят электричество, тепло, ультрафиолет, инфракрасное излучение).

Долговечность оптических волокон и значительная гибкость в установке обеспечивают оптоволоконному освещению широкие области применения: данные системы освещения применяют как в освещении внутренних интерьеров помещений, так и в ландшафтом дизайне - подсветке фасадов зданий, садовом освещении и др.

Система оптоволоконного освещения имеет три основных части системы - проектор, световодный жгут и оптические насадки. Проектор - довольно сложное устройство, в котором, помимо источника света со встроенным отражателем, могут находиться источник питания, пускорегулирующая аппаратура, экран, оптический порт, система охлаждения с вентилятором, а также устройства для создания специальных эффектов: электромотор с диском или барабаном для установки цветных светофильтров или перфорированных экранов, синхронизаторы, устройства DMX-управления и т.д.

В зависимости от применяемых источников света проектор может быть галогенным, газоразрядным или светодиодным.

Галогенные проекторы оснащаются дихроичными галогенными лампами, обычно мощностью 50,75 и 100 Вт. Галогенные проекторы могут быть анимационными, с управлением изменением цвета ( в том числе по протоколу DMX512, применяемому в профессиональном сценическом свете), а также приспособленными для создания специальных эффектов (например, “звёздное небо”). Газоразрядные проекторы оснащаются металлогалогенными лампами, обычно 70 или 150, реже 250 и 400 Вт.

Светодиодные иллюминаторы в качестве источника света используют

полупроводниковые приборы - светодиоды.

Структурная схема системы оптоволоконного освещения изображена на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1- Структурная схема системы оптоволоконного освещения

Проектор - активный элемент оптоволоконной системы освещения - нуждается в особом обращении при установке и обслуживании. Это единственный прибор, для питания которого необходимо световое напряжение, поэтому подключение проектора должен выполнять квалифицированный электрик соответствующим допуском. Во-вторых, очень важно правильное размещение проектора. По возможности он должен быть размещён вблизи концов световодов -это позволит существенно удешевить систему. Следует обеспечить доступ к проектору для чистки и замены лампы. Наконец, очень существенным аспектом является вентиляция. Для систем на базе полимерных волокон необходимо обеспечить температуру в области оптического порта не выше 30°C, поэтому в помещении, где предполагается устанавливать проектор, должно быть достаточно воздуха. В случае установки проектора в герметичном ящике (например, закопанномв землю) следует предусмотреть принудительную вентиляцию.

Проектор изображен на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2- Проектор

Cветоводный жгут - уникальная часть системы, состоящая из группы волокон и световодов различных типоразмеров и длин. Световодный жгут, точнее тот его конец, который присоединяется к проектору, специальным образом обрабатывается ивставляется в соединительное устройство - оптический порт.

Световодный жгут из голых волокон используется для декоративных целей: знаки, таблички, звёздное небо и другие установки с большим количеством светящихся точек. Световодный жгут из волокон в оболочке и световодов торцевого свечения используются как для декоративных целей, так и для освещения объектов. Световоды бокового свечения используются для декоративных целей - как заменители неоновых трубок, обладающие уникальнойвозможностью изменения цвета. Стеклянные световоды используются в промышленных проектах с высокой температурой окружающей среды, а также в случае необходимости чёткой передачи цвета. Простой принцип действия позволяет использовать различные методы, дающие возможность создавать самые разнообразные оптоволокна:

–   одномодовые оптоволокна;

–       многомодовые оптоволокна;

–       оптоволокна с градиентным показателем преломления;

–       оптоволокна со ступенчатым профилем распределения показателей преломления.

Световодный жгут изображен на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3- Световодный жгут

Оконечные устройства. Последний штрих освещению придают станавливаемые на конце волокна насадки, облегчающие монтаж и придающие освещению завершенный вид. Оптические насадки, служащие для перераспределения в пространстве светового потока, выходящего из оптоволоконного световода, очень разнообразны и подобны миниатюрным светильникам разных типов. Насадки бывают неподвижными , поворотными, угловыми («кососветы»), с регулируемым по ширине световым пучком и чисто декоративные. Часто возникает необходимость разработки заказных насадокдля решений той или иной задачи.К проекторам поставляются также аксессуары, в т.ч. цветовые диски, диски мерцания и эффектов, которые позволяют изменять цвет света для создания разных настроений. Помимо традиционного изменения цвета и эффекта мерцания имеются также диски, анимирующие пламя или северное сияние.

На рисунке 7.4 можно увидеть один из видов оконечных устройств для системы оптоволоконного освещения - светильник настенно-потолочного типа.

Рисунок 7.4 - Cветильник

Как и любая светотехника, оптоволоконная технология имеет ряд своих преимуществ и недостатков.

Одним из положительных качеств в первую очередь следует назвать отсутствие в оптоволоконном свечении вредных ультрафиолетовых лучей (УФ), которые разрушительно влияют на большинство материалов. Это одна из основных причин, побуждающая постепенно отказываться от использования традиционных методов освещения на определенных объектах, предпочитая им свободное от УФ-лучей оптоволокно.

Отсутствие естественного нагрева в месте свечения также стоит отнести к очевидным преимуществам технологии. Здесь можно привести следующий пример: очень часто продуктовые магазины выставляют на витрины образцы своих товаров, которыми могут оказаться как мясные, так и молочные изделия. Такие продукты быстро портятся под воздействием тепла, вырабатываемого многими осветительными приборами, и приводят к дополнительным тратам. Оптоволоконное свечение может стать выгодным решением данной проблемы.

Оптоволокно не проводит электричество, что является гарантом его безопасного использования при освещении бассейнов, аквапарков, фонтанов и т.д. Единственное устройство, потребляющее электроэнергию, источник света

находится далеко от объекта. Кроме того, проектор должен быть непременно расположен выше уровня воды. Это объясняется тем, что вода, которая просочится сквозь изоляцию, может пройти по всей длине кабеля и попасть в источник. В банях и саунах, которые также сталкиваются с проблемой безопасного освещения, часто применяются стеклянные волокна, способные выдерживать высокую температуру.

Безопасность и практичность использования и обслуживания оптоволокна также не вызывает сомнений, особенно если речь идет о подсветке высотных архитектурных сооружений. Источник света расположен внизу, и обслуживание соответственно находится там же: достаточно просто поменять в нем лампу или протереть торец кабеля в случае снижения яркости, не прибегая к подъему на высоту. В дополнение исключается необходимость заставлять или увешивать фасад здания светильниками, которые не всегда эффективны (например, на морозе).

Оптоволоконный кабель бокового свечения может стать альтернативой неону. Безусловно, неоновая лампа светит ярче, чем ее конкурент, однако служит в 10 раз меньше (срок службы лампы в оптоволоконном источнике равен приблизительно 6 тыс. часов) и, соответственно, экономичнее. К тому же энергопотребление неона на 1 п.м - составляет 14-18 Вт, в то время как у светового кабеля с боковым свечением на 1 п.м - 2,0-2,5 Вт.

Наконец, световые приборы на основе оптического волокна позволяют создавать огромное количество световых и цветовых эффектов, поэтому их широко применяют для создания вывесок и декоративных панно. К тому же оптоволоконная технология позволяет получить методом аддитивного смешения богатую красочную палитру, недоступную для многих других световых приборов.

Но, несмотря на видимые преимущества, есть у оптоволокна и существенные недостатки. И первым в этом ряду стоит вопрос цены, которая все еще остается относительно высокой. Еще одним минусом технологии можно считать шум, создаваемый источниками, а вернее встроенными в него электродвигателями, вращающими цветофильтры, и системой охлаждения лампы. Особенно этот недостаток ощущается, когда оптоволокно применяется для освещения интерьера, где стены естественным образом препятствуют рассеиванию шума.

Для оценки эффективности системы оптоволоконного освещения проведем его установку в помещении дежурного по станции. Помещение имеет ширину 6.23 м, длину 6.75 м и высоту 3.5 м. В настоящее время в помещении дежурного по станции установлено три светильника типа НСБ05-5х60-003 (офисные) с лампами накаливания.

При проектировании осветительных установок необходимо, соблюдая нормы и правила освещения, определить потребности в осветительных приборах, установочных материалах и конструкциях, а также в электрической энергии.

Освещенность рабочей поверхности при искусственном освещении определяется мощностью источников света, их количеством, расстоянием от рабочей поверхности и другими показателями.

Общее равномерное освещение производственного помещения может быть рассчитано методом коэффициента использования светового потока. Этот метод предназначен для расчета общего равномерного освещения и дает возможность определить световой поток источников света, необходимый для создания нормированной освещенности расчетной горизонтальной плоскости. Этим методом учитывается прямой и отраженный (от потолка, стен и пола) световой поток.

Световой поток , который должны излучать лампы в каждом светильнике, определяется по формуле:

   (7.1)

где Е- нормируемая минимальная освещенность, лк;

- коэффициент запаса в пределах от 1,2 до 2,0 в зависимости от содержания пыли в воздухе, типа источника света и расчетных сроков чистки светильников принимают по СНБ 2.04.05-98;

S-освещаемая площадь, м;

- коэффициент, характеризующий неравномерность освещения;

N- число светильников;

- коэффициент использования излучаемого светильниками светового потока

на расчетной плоскости. Определяется по справочным таблицам в зависимости от типа светильника, коэффициентов отражения пола, стен, потолка и индекса помещения i, рассчитываемого по формуле:

, (7.2)

где А,В- размеры помещения в плане, м;

h- расчетная высота подвески светильника над рабочей поверхностью, м;

- коэффициент затенения.

Для решения задачи вначале определим индекс помещения по формуле 7.2:

.

Коэффициенты отражения потолка 0,7, стен 0,5 и расчетной поверхности 0,1.

Затенение рабочих мест отсутствует. Нормированная освещенность =300 лк, а коэффициент запаса k=1,5.

Коэффициент использования излучаемого светильниками светового потока на расчетной плоскости  =0,4.

При этом световой поток каждого источника света, необходимый для обеспечения уровня нормируемой освещенности согласно формуле 7.1 равно:

 лм.

Ввиду того, что в проекторе используется неоновая лампа со световым потоком 2100 лм, а потери в оптоволокне составляют 3% и ввиду малого сечения оптоволоконной жилы, ее световой поток равен 800 лм.

Определим фактическую среднюю освещенность при использовании выбранного источника света:

 лк.

Исходя из полученных значений для системы оптоволоконного освещения принимается проектор VP11-75Вт и оптоволоконный жгут С-Flex 6.

Определим, как должны размещаться оптоволоконные нити в помещении. Оптоволоконный жгут С-Flex 6 имеет 50 оптоволоконных нитей диаметром

0,75 мм. Исходя из рисунка 7,5, угол рассеивания светового потока от оптико-волоконных нитей данного диаметра равен . Зная угол рассеивания и высоту помещения определяется радиус окружности освещения от одной оптоволоконной нити, который составит расстояние 2м.

Рисунок 7.5 - Угол рассеивания светового потока от оптоволоконных нитей в зависимости от диаметра

Для достижения нормированной освещенности и эстетичного вида помещения необходимо разместить 6 рядов оптоволоконных нитей по 8 в каждом.