Рельсовое транспортное средство
Группа изобретений относится к системе связи на рельсовом транспортном средстве. Рельсовое транспортное средство содержит транспортную единицу (12.1) или состав из транспортных единиц (12.1-12.6) и систему (18) комплексного управления. Транспортная единица включает субсистемы (36) технологической оснастки. Система (18) комплексного управления включает первый уровень (54) и второй уровень (56) системы комплексного управления. На первом уровне (54) субсистемы (36) технологической оснастки объединены в сеть посредством цифровой структуры (52) шин данных. Второй уровень (56) включает аналоговую обработку процессов в выделенном субсистемам (36) технологической оснастки комплекте (32) электропроводок. Транспортная единица включает узел (38) интерфейсов системы комплексного управления, включающий первый интерфейсный блок (46), второй интерфейсный блок (48) и блок (60) управления, предназначенный для обработки процессов через второй интерфейсный блок (48) в рабочих режимах. Технический результат заключается в обеспечении высокого уровня безопасности рельсового транспортного средства. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к рельсовому транспортному средству с транспортной единицей, включающей субсистемы технологической оснастки, и с системой управления, включающей первый уровень системы комплексного управления, на котором субсистемы технологической оснастки объединены в сеть посредством цифровой структуры шины данных, и, по меньшей мере, второй уровень системы управления, включающий, по меньшей мере, жгут проводки аналоговой обработки процессов в субсистемах технологической оснастки.
Известны рельсовые транспортные средства, в частности мотор-вагонные поезда, оборудованные цифровой системой комплексного управления. Для этого субсистемы рельсового транспортного средства объединяют в сеть посредством цифровой структуры шины данных, образующей первый уровень системы комплексного управления. Устройства управления, например блок управления приводом и блок управления тормозами, подключают к системе шин, через которую они коммуницируют между собой и с другими средствами технологической оснастки, например с элементами сенсорики. Независимо от этого уровня системы комплексного управления необходимо большое количество дополнительных, важных для безопасности соединений, чтобы выполнить требования CSM («Common Safety Methods» = общие методы безопасности). Эти дополнительные соединения выполнены, как правило, в виде электрических шлейфов, известных в кругах специалистов как «контур безопасности». Примером этого служат контуры управления дверями, контуры управления стоп-кранами, контуры связи, контуры блокировки дверей, аварийные контуры тормозов и т.п. для контроля и обработки электрических сигналов от этих контуров необходима дорогая коммутационная техника обычного типа. Она основана на использовании многочисленных коммутаторов релейной технологии, которая обуславливает высокие затраты на проводку. Например, коммутационные элементы обычного типа должны с необходимой надежностью обнаружить, что задействован стоп-кран или что дверь открыта или уже заблокирована. Посредством коммутационных элементов обычного типа осуществляют контроль процесса открывания дверей в зависимости от направления движения. Для необходимых в этом случае проводок, кабельных каналов, соединительной техники необходимо большое монтажное пространство в конструкции и выполнение из износостойких соединительных элементов (например, золотые или серебряные контакты). Эти решения труднореализуемы в модульной конструкции с учетом возможности их наращивания.
Кроме этого применение существующих систем шин в цифровой технике комплексного управления ограничено. Используемое в современных транспортных средствах компьютерное программное обеспечение не может обеспечить достаточную во всех смыслах целостность безопасности (или «SIL-Level» = интегральный уровень безопасности). Задачей изобретения является предложить рельсовое транспортное средство с возможностью обеспечения высокого уровня безопасности с малыми затратами на проводку.
С этой целью предложено наличие в транспортной единице интерфейса системы комплексного управления, включающей первый интерфейсный блок, выделенный для структуры шины данных, по меньшей мере второй интерфейсный блок, выделенный для жгута проводки, и блок управления, для обработки процессов вторым интерфейсным блоком в по меньшей мере одном рабочем режиме. Это обеспечивает возможность уменьшить применение обычных приборов коммутации, контроля и обработки данных для обработки процессов. Это обеспечивает значительное сокращение электромонтажных работ в транспортной единице.
Под «субсистемой технологической оснастки» понимают, по меньшей мере, средство технологической оснастки или комплект таких средств, выделенных для решения общей задачи при эксплуатации рельсового транспортного средства. Если субсистема технологической оснастки включает несколько средств, то они предназначены для совместного осуществления, по меньшей мере, этой задачи. Субсистема технологической оснастки предпочтительно включает кроме средств технологической оснастки взаимное объединение этих средств в локальную сеть. Обычно субсистемы технологической оснастки выполнены в виде приводного блока, тормозного блока, дверного блока, блока кондиционирования, блока информирования пассажиров, блока стоп-кранов и т.д.
Под «обработкой» процесса понимают, в частности, по меньшей мере, управление, например инициирование, контроль и/или обработку данных процесса. Под «аналоговой обработкой» понимают обработку, осуществляемую, по меньшей мере, аналоговыми средствами. Средствами являются, в частности, аналоговая проводка предпочтительно для пропускания аналогового электрического сигнала и средства, по меньшей мере, подключенные к аналоговым манипуляторам, например кнопки, рукоятки и т.п. коммутационные средства.
Жгут проводки образован при этом предпочтительно аналоговыми проводами. Они отличаются от проводки структуры шины данных, рассчитанной на передачу информации в цифровом виде. Соответственно друг от друга отличаются первый интерфейсный блок и второй интерфейсный блок. Первый интерфейсный блок образует интерфейсы для цифровой структуры шины данных и включает цифровые точки подключения кабелей передачи цифровых данных, а второй интерфейсный блок образует интерфейсы для кабелей жгута проводки и включает аналоговые точки подключения аналоговых электрокабелей. Первый интерфейсный блок выполнен в виде цифрового блока ввода и выведения (или цифровой I/O-Einheit = блок ввода-вывода), а второй интерфейсный блок выполнен в виде аналогового блока ввода и выведения данных (или аналоговый I/O-Einheit = блок ввода-вывода). Последний предназначен, в частности, для заведения электрического сигнала, по меньшей мере, с определенной характеристикой, в частности с определенным параметром напряжения, определенным параметром электротока, определенной частотой и т.д., в кабель жгута проводки и для регистрации или считывания подобного сигнала с кабеля жгута проводки.
При аналоговой обработке процессов «через» второй интерфейсный блок управления во взаимодействии со вторым интерфейсным блоком преобразует предпочтительно сигналы цифрового рабочего процесса, в частности, по меньшей мере, процессора последнего, обрабатывая аналоговые сигналы жгута проводки, включая заведение и считывание во взаимодействии со вторым интерфейсным блоком.
Узел интерфейсов системы комплексного управления исполнен предпочтительно иерархически с разделением интерфейсных блоков, выделенных для различных уровней системы комплексного управления.
Для цифровой структуры шин данных используют известные технологии. Узел интерфейсов системы комплексного управления благодаря простой структуре коммуникации подключают к существующим цифровым устройствам комплексного управления, что обеспечивает возможность простого дооборудования существующих рельсовых транспортных средств. Известные устройства комплексного управления основаны, в частности, на «Эзернет»-технологии. В частности, в качестве составной части структуры шин данных используют шину типа «Profinet®», причем шинная топология включает, например, замкнутый контур «Profinet». Однако существуют и другие структуры, например с CAN-шиной.
В особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения интерфейсные блоки и блок управления установлены в общем корпусе узла интерфейсов системы комплексного управления.
Транспортная единица может быть выполнена в виде моторного вагона для транспортировки пассажиров, в виде локомотива, в виде моторной головной части мотор-вагонного поезда, в виде безмоторного пассажирского вагона или в виде вагона мотор-вагонного состава. В случае мотор-вагонного поезда транспортная единица может состоять из комплекта вагонов с технологически автономным управлением. На языке специалистов такой комплект вагонов называют «Consist = железнодорожный состав».
Изобретение обеспечивает особенно предпочтительную возможность замены обычного коммуникационного оборудования внедрением блока управления с соответствующим программным обеспечением. Это обеспечивает возможность обеспечения предпочтительной модульности, в частности относительно наращивания функциональности.
В предпочтительном варианте выполнения изобретения предложено образование блоком управления и жгутом проводки по меньшей мере одного, по меньшей мере, частично логического контура безопасности. Контур безопасности выделен, как известно, для контроля связанных с безопасностью процессов в рельсовом транспортном средстве. Как правило, контур безопасности образован аналоговой электропроводкой с коммутационным оборудованием, запирающим или прерывающим контур в зависимости от событий при эксплуатации. Типичным примером этого служат контур управления дверями, контур блокировки дверей, контур стоп-кранов, контур управления тормозами, контур определения направления движения и/или соединительный контур. Изобретение обеспечивает возможность замены обычно применяемых, соотнесенных с контуром безопасности средств контроля и обработки данных обычного типа, в частности компараторов, конъюнкторов, дизъюнкторов, таймеров и т.п., программно-технологическими режимами блока управления с выполнением функций этих обычных элементов, в частности симулирующих их. Кроме этого предложено наличие в узле интерфейсов системы комплексного управления по меньшей мере третьего интерфейсного блока для подключения по меньшей мере к двум поездным шинам. Это обеспечивает упрощение электромонтажных работ по соединению двух состыкованных транспортных единиц за счет осуществления коммуникации между транспортными единицами, включая передачу данных относительно процессов, обработанных через второй интерфейсный блок, исключительно через шину поезда. Если блок управления и жгут проводки образуют, как было предложено выше, по меньшей мере один, по меньшей мере, частично логический контур безопасности, то передача данных по поездной шине включает передачу критичной для безопасности информации о контуре безопасности. За счет этого отпадает необходимость в отдельной от поездных шин затратной проводке для образования физического контура безопасности, включающего состыкованные транспортные единицы.
Под «поездной шиной» понимают, в частности, шину данных, предназначенную для передачи данных между состыкованными транспортными единицами. Примером поездной шины, отвечающей нормам TCN (Train Communication Network=поездная связь), являются WTB-шина («Wire Train Bus» = поездная проводная шина) и ETB-шина («Ethernet Train Bus» = поездная шина локальной сети типа «Эзернет»).
Особенно простую архитектуру узла интерфейсов системы комплексного управления обеспечивает наличие в узле интерфейсов системы комплексного управления по меньшей мере одной внутренней шины данных, к которой подключены блок управления и интерфейсные блоки. Это обеспечивает возможность наращивания с высокой степенью модульности.
Изобретение исходит также из рельсового транспортного средства с составом из нескольких транспортных единиц, каждая с субсистемами технологической оснастки, и системой комплексного управления с первым уровнем системы комплексного управления, на котором субсистемы технологической оснастки объединены в сеть цифровой структурой шин данных, и по меньшей мере со вторым уровнем системы комплексного управления, включающим по меньшей мере один жгут проводки, выделенный для аналоговой обработки процессов в субсистемах технологической оснастки, причем система комплексного управления включает третий уровень системы по меньшей мере с двумя поездными шинами, соединяющими транспортные единицы между собой.
Предложено наличие в системе комплексного управления комплекта узлов интерфейсов системы комплексного управления, установленных каждый в отдельной транспортной единице и включающих первый интерфейсный блок, выделенный для структуры шин данных, второй интерфейсный блок, выделенный для жгута проводки по меньшей мере третий интерфейсный блок для поездных шин и блок управления для обработки процессов через второй интерфейсный блок по меньшей мере в одном рабочем режиме. Это обеспечивает предпочтительную возможность сократить количество обычных коммуникационных контрольных элементов и элементов обработки данных процессов. Это значительно упрощает электромонтажные работы в транспортной единице. Это также предпочтительно упрощает электромонтажные работы по состыковке транспортных единиц, так как коммуникацию между транспортными единицами, включая передачу данных относительно обработанных во втором интерфейсном блоке процессов, осуществляют исключительно через поездные шины. Электромонтажные работы в переходной зоне между состыкованными транспортными единицами сокращены до электропроводки поездных шин и электроснабжения. Предпочтительно отпадает необходимость в дополнительных электромонтажных работах, в частности, в соответствии с требованиями безопасности согласно CSM («Common Safety Methods» = общие методы безопасности). Это значительно сокращает стоимость электромонтажных работ и использование штекеров, соединений, кабельных каналов и т.д. Это также обеспечивает уменьшение веса и возможность обрыва кабелей и вытекающие из этого расходы эксплуатанта на обслуживание.
Это также обеспечивает возможность выполнения каждой отдельной транспортной единицы относительно оборудования комплексного управления в виде самостоятельной единицы или автономной субсистемы. Это в значительной мере повышает, по сравнению с обычными решениями, возможности использования рельсового транспортного средства, так как отказ оборудования комплексного управления в одной транспортной единице ситуативен и не препятствует продолжению эксплуатации всего рельсового транспортного средства. Узлы интерфейсов системы комплексного управления предпочтительно образуют в каждой транспортной единице точки связи первого и второго уровней системы комплексного управления с третьим уровнем этой системы и его поездными шинами, что предпочтительно придает им функцию межсетевого интерфейса.
Рельсовое транспортное средство выполнено, в частности, в виде мотор-вагонного подвижного состава, причем единицы подвижного состава выполнены в виде вагонов для транспортировки пассажиров. При этом по меньшей мере один вагон оборудован тяговой единицей. Рельсовое транспортное средство может быть также составом из нескольких мотор-вагонных единиц подвижного состава. Рельсовое транспортное средство может быть также составом с локомотивом, причем по меньшей мере одна транспортная единица выполнена в виде локомотива, а остальные транспортные единицы выполнены в виде пассажирских вагонов. Транспортные единицы также могут быть выполнены в виде локомотива, причем рельсовое транспортное средство является составом из локомотивов с многократной тягой.
Изобретение обеспечивает предпочтительно возможность замены обычного коммуникационного оборудования соответствующим блоком управления с программным обеспечением. Это обеспечивает предпочтительную модульность, в частности в отношении наращивания функционала.
В одном из предпочтительных вариантов выполнения изобретения предложено образование блоком управления и жгутом проводки, по меньшей мере, частично логического контура безопасности. Контур безопасности выделен обычно для контроля связанных с безопасностью процессов в рельсовом транспортном средстве. Обычно контур безопасности образован аналоговой электропроводкой с установленным в ней коммуникационным оборудованием, запирающим или прерывающим контур в зависимости от эксплуатационного события. Характерным примером этого являются контур управления дверями, контур блокировки дверей, контур стоп-кранов, контур управления тормозами, контур определения направления движения и/или соединительный контур. Изобретение обеспечивает возможность замены обычно применяемых, соотнесенных с контуром безопасности средств контроля и обработки данных обычного типа, в частности компараторов, конъюнкторов, дизъюнкторов, таймеров и т.п., программно-технологическими режимами блока управления с выполнением функций этих обычных элементов, в частности симулирующих их. Предложенная архитектура системы обеспечивает возможность включения в передачу данных по поездным шинам, передачу связанной с безопасностью информации относительно по меньшей мере одного контура безопасности. За счет этого отпадает необходимость в отдельной от поездных шин затратной проводке для образования физического контура безопасности, в частности включающего состыкованные транспортные единицы состава.
Особенно простую архитектуру узла интерфейсов системы комплексного управления обеспечивает наличие в узле интерфейсов системы комплексного управления по меньшей мере одной системной шины данных, к которой подключены блок управления и интерфейсные блоки. Это обеспечивает возможность наращивания с высокой степенью модульности.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предложено выполнение по меньшей мере одной из поездных шин в виде поездной шины типа «Эзернет». Это обеспечивает возможность использования распространенных надежных сетевых компонентов. Кроме этого обеспечена возможность простого наращивания существующего оборудования комплексного управления, оснащенного поездной шиной типа «Эзернет»
Согласно предпочтительному варианту усовершенствования изобретения предложено наличие в рельсовом транспортном средстве электрической системы энергоснабжения, причем одна из поездных шин образована проводкой системы энергоснабжения. Это обеспечивает возможность выполнения, в частности конструктивно простого, поездной шины для передачи данных по всему составу.
Предпочтительная избыточность обеспечена также наличием на третьем уровне системы комплексного управления, по меньшей мере трех поездных шин, соединяющих каждая транспортные единицы между собой, причем третий интерфейсный блок предназначен для подключения к по меньшей мере трем поездным шинам. В этой связи предложено, чтобы каждый из интерфейсных блоков узла интерфейсов системы комплексного управления был предназначен для фиксирования и обеспечения распределения потока данных между поездными шинами. Это обеспечивает возможность автоматического действия конфигурации сети, образованной поездными шинами. За счет этого обеспечена повышенная модульность изменений конфигурации. Интерфейсные блоки образуют, в частности, сетевые узлы многоконтурной сети.
В другом варианте осуществления изобретения предложено назначение поездным шинам различных уровней безопасности. Степени безопасности соотнесены, в частности, с различными стандартами безопасности. В частности, первый уровень безопасности соотнесен с требованиями т.н. «Security» («безопасность»), а вторая степень безопасности соотнесена с требованиями т.н. «Safety» («Меры безопасности»). Под требованиями мер безопасности понимают, в частности, требования, зафиксированные в стандартах EN 50128, 50159, 50126, 50129 и/или 61508. В частности, требования мер безопасности ориентированы на защиту людей, причем требования безопасности ориентированы на общую защиту данных. Таким образом, требования мер безопасности строже требований безопасности.
В этой связи предложено выполнение одной из поездных шин в виде шины комфортности, предназначенной, по меньшей мере, для передачи информации для пассажиров. Особенно предпочтительная дифференцированная обработка передачи данных функций комфортности и соотнесенных с безопасностью функций обеспечения. Если одна из поездных шин, отличная от шины комфортности, предназначена для передачи данных тягового устройства и тормозной системы.
Вариант осуществления изобретения раскрыт на основе чертежей, на которых представлено следующее:
фиг. 1 – схема боковой проекции рельсового транспортного средства с технологической оснасткой,
фиг. 2 – рельсовое транспортное средство по фиг. 1 с системой комплексного управления, включающей три поездные шины и узлы интерфейсов системы комплексного управления,
фиг. 3 – подробный вид одного из узлов интерфейсов системы комплексного управления по фиг. 2,
фиг. 4 – блок управления узла интерфейсов системы комплексного управления по фиг. 3,
фиг. 5 – плотная сеть, образованная поездными шинами и узлами интерфейсов системы комплексного управления и
фиг. 6 – головной вагон рельсового транспортного средства по фиг. 1.
На фиг. 1 показана схема боковой проекции рельсового транспортного средства 10. Рельсовое транспортное средство 10 является составом из нескольких транспортных единиц 12.1, 12.2 и т.д., выполненных в виде пассажирских вагонов, механически состыкованных друг с другом и составляющих мотор-вагонный поезд. Для этого по меньшей мере одна транспортная единица подвижного состава оборудована тяговым устройством 14 для привода по меньшей мере одной приводной оси 16 (см. фиг. 2). В другом варианте осуществления изобретения рельсовое транспортное средство 10 выполнено в виде единого моторного вагона. Рельсовое транспортное средство 10 может включать состав из безмоторных пассажирских вагонов, состыкованных по меньшей мере с одной тяговой подвижной единицей, например локомотивом.
Рельсовое транспортное средство 10 включает, как правило, определенную технологическую оснастку, обеспечивающую эксплуатацию рельсового транспортного средства 10. Эта оснастка выполнена, в частности, в виде блока управления, блока датчиков и/или блока исполнительных механизмов. Установленная в рельсовом транспортном средстве 10 технологическая оснастка и поэтому как постоянная составная часть структуры транспортного средства объединена с точки зрения передачи данных и техники управления в сеть посредством подробно показанной на фиг. 1-6 системы 18 комплексного управления.
Показанная на фиг. 1 в качестве примера технологическая оснастка 20 выполнена в виде технологической оснастки 20.2 тормозной системы 19, технологической оснастки 20.3 системы дверей, технологической оснастки 20.5 системы кондиционирования, технологической оснастки 20.6 системы информирования пассажиров, технологической оснастки 20.7, 20.8 и 20.9 интерфейса «Человек-Машина» для машиниста, технологической оснастки 20.11 системы стоп-кранов и технологической оснастки 20.13 автоматической локомотивной сигнализации с автостопом.
Рельсовое транспортное средство 10 включает, как правило, систему 22 электроснабжения с комплектом электрокабелей, к которой подключена технологическая оснастка 20. Электросистема 22 включает систему 24 электроснабжения, предназначенную для обеспечения технологической оснастки 20 в качестве электропотребителя электроэнергией. Для этого система 24 электроснабжения включает комплект электропроводки 26, соединяющий механо-энергетически технологическую оснастку 20 с системой 24 электроснабжения с возможностью обеспечения энергопотока между системой 28 энергоснабжения и элементами технологической оснастки 20. В комплект электрокабелей 26 входит наряду с электропроводами, пропускающими, по меньшей мере, фазу электротока, также, в частности, т.н. провода массы, проводящие референтный потенциал – потенциал земли или транспортного средства. Показанная на фиг. 1 схема системы 28 энергоснабжения соответствует, в частности, промежуточному контуру напряжения, получающему электроэнергию через не показанный в деталях входной контур рельсового транспортного средства 10 от сети 30 энергоснабжения. По меньшей мере, выпрямитель тока системы 24 электроснабжения вырабатывает на основе электроэнергии промежуточного контура напряжения адаптированный для эксплуатации выделенных электропотребителей электросигнал, подводимый к ним по электропроводке 26. В зависимости от снабжаемых групп потребителей электропроводка 26 пропускает электроток с различными характеристиками (постоянный ток, переменный ток, величина напряжения, частота, количество электрических фаз и т.д.). Для наглядности электропроводка 26 на фиг. 1 показана схематично, причем без полного отображения сети электропроводки 26.
Электросистема 22 включает также комплект 32 электропроводки 34. Он предназначен для аналоговой обработки процессов посредством аналоговых сигналов напряжения и/или электротока. Примеры таких аналоговых процессов описаны ниже.
Комплект 32 электропроводки включает, например, первую группу проводов 34.1, соединяющих выполненную в виде дверного привода открывания или закрывания дверей технологическую оснастку 20.3 показанной транспортной единицы 12.1. В известных, не показанных здесь решениях проводка 34.1 проходит обычно вдоль всего состава, причем соединяя все дверные приводы состава между собой и с блоком обработки данных.
Комплект 32 электропроводки включает также дополнительную группу проводки 34.2, выделенную для т.н. «автостопа» рельсового транспортного средства 10. К ней подключена, как правило, выполненная в виде манипуляторов технологическая оснастка 20.7 (рукоятка) и 20.8 (педаль). В известных, не показанных здесь решениях к электропроводке 34.2 подключены обычно технологическая оснастка, оборудованная таймером, и выполненная в виде контрольного устройства и технологическая оснастка, выполненная в виде записывающего устройства («Юридический регистратор» - Черный ящик).
Кроме этого показана электропроводка 34.3 комплекта 32 проводки, предназначенная для функционирования стоп-крана рельсового транспортного средства 10. Она соединяет выполненную в виде стоп-кранов технологическую оснастку 20.11 в показанной транспортной единице 12.1. Электропроводка 34.3 пропускает обычно постоянный электроток. В известных, не показанных здесь решениях электропроводка 34.3 для стоп-кранов проходит обычно вдоль всего состава и соединяет все стоп-краны состава между собой и с контрольным устройством, взаимодействующим с блоком управления тормозной системой 19.
Комплект 32 электропроводки включает также дополнительную группу проводов 34.4 для устройства блокировки функции стоп-кранов. К ней подключена выполненная в виде манипулятора для машиниста технологическая оснастка 20.9 интерфейса «Машина-Человек». В известных, не показанных здесь решениях она взаимодействует с точки зрения техники управления с устройством управления тормозами тормозной системы 19.
Описанные выше группы 34.1–34.4 электропроводки являются, как правило, составной частью контуров, называемых специалистами «контуром безопасности». На примере проводки 34.1 эти провода соединяют встроенные в дверные приводы коммутаторы, пропускающие подаваемый в контур постоянный ток, если соответствующая дверь закрыта. Действие других проводок 34.2–34.4 основано также на принципе коммутатора, запирающего или прерывающего контур напряжения, причем заведение и считывание соответствующего сигнала напряжения в известных решениях осуществляют посредством модулей ввода-вывода, которые обычно соответственно отличаются в зависимости от вышеназванных функций. Вышеназванные группы проводок комплекта 32 электропроводки относятся обычно к независимым друг от друга системам безопасности с отдельной, проходящей при необходимости по всему составу проводкой.
На фиг. 2 показана схема боковой проекции всего состава из транспортных единиц 12.1 – 12.6. Технологическая оснастка 20 рельсового транспортного средства 10, некоторые примеры которой показаны на фиг.1, распределена по всему составу. Определенные элементы технологической оснастка 20, являющиеся, в частности, составной частью тягового устройства 14 или интерфейса «Человек-Машина» для машиниста, установлены не в каждой транспортной единице 12, тяговое устройство 14, приводящее приводные оси 16, установлено, например, соответственно в транспортных единицах 12.2, 12.3 и 12.5, причем остальные транспортные единицы 12.1, 12.3 и 12.6 не моторизованы. Остальная технологическая оснастка 20, например компоненты системы информирования пассажиров, установлены в каждой из транспортных единиц 12 состава. Для наглядности на фиг. 2 не показаны отдельные элементы технологической оснастки 20.
Технологическая оснастка 20 с общей функцией в рельсовом транспортном средстве 10, предназначенная, в частности, для совместного решения определенных задач, сведена с точки зрения техники управления в группы по задачам, и специалисты называют такую группу «субсистемой технологической оснастки». Примерами субсистем в транспортной единице служат «тяговая система», «тормозная система», «система дверей», «система кондиционирования», система оповещения пассажиров», «система стоп-кранов» и т.д. На фиг. 2 схематично представлены субсистемы, обозначенные соответственно 36.а, 36.b и т.д. тяговые устройства 14 соответствующих транспортных единиц также обозначены в качестве субсистемы 36.е.
На фиг. 2 также показана система 18 комплексного управления рельсового транспортного средства 10. Она включает комплект узлов 38.1, 38.2 и т.д. интерфейсов системы комплексного управления, установленных соответственно в различных транспортных единицах 12.1, 12.2 и т.д. Узлы 38 интерфейсов системы комплексного управления включают каждый интерфейсные блоки, детально показанные на фиг.3 и фиг.4, к которым подключены субсистемы 36 соответствующей транспортной единицы. Узлы 38 интерфейсов системы комплексного управления соединены между собой для передачи данных поездными шинами 40, 42, 44, которые проходят вдоль всего состава и описаны ниже.
На фиг. 3 детально представлен узел 38.1 системы комплексного управления транспортной единицы 12.1. Это исполнение применено и для других узлов 38.2 – 38.6 системы комплексного управления в других транспортных единицах 12.2 – 12.6. Узел включает первый интерфейсный блок 46, к которому подключены проводка цифровой структуры 52 шин данных соответствующей транспортной единицы 12. Для этого используют обычные структуры шин данных с обычной проводящей технологией, например шинную структуру на базе технологии «Эзернет». В частности, в качестве составной части шинной структуры используют шину типа «Profinet®», причем шинная топология включает замкнутый Профинет- контур. Однако возможны и другие структуры, например CAN-структура. Структура 52 шин данных и подключенные к ней субсистемы 36 показаны на фиг. 3 схематично. Узел 38 интерфейсов системы комплексного управления включает также второй интерфейсный блок 48, к которому подключены проводка 34 комплекта 32 электропроводок. В частности, к контактам интерфейсного блока 48 подключены проводка 34.1 дверного контура, проводка 34.2 автостопа (не показано), проводка 34.3 контура стоп-кранов и проводка 34.4. контура блокировки стоп-кранов. В качестве примера детально показана выполненная в виде манипулятора, в частности в виде клавиши, технологическая оснастка 20.9. Также показана проводка 34.4. контура блокировки стоп-кранов, к которой подключена технологическая оснастка 20.9. Интерфейсы для проводки 34 образованы первой секцией 48.i интерфейсного блока 48. Другая секция 48.ii первого интерфейсного блока 48 образует контакты подключения для электропроводки 35 комплекта 32, предназначенной для осуществления других аналоговых процессов, отличающихся от контролирования контура безопасности. Электропроводка 35 соответствует локальной проводке управления соответствующих транспортных единиц 12. Узел 38 интерфейсов системы комплексного управления включает также третий интерфейсный блок 50, к которому подключены поездные шины 40, 42, 44. Функции и исполнение поездных шин более подробно описаны ниже. Интерфейсные блоки 46, 48, 50 выделены каждый для различных уровней системы 18 комплексного управления. На первом уровне 54 системы комплексного управления субсистемы 36 объединены в сеть посредством структуры 52 шин данных, причем первый интерфейсный блок, выделенный для первого уровня 54 системы комплексного управления, соответствует узлу 38 интерфейсов системы комплексного управления первого интерфейсного блока 46. На втором уровне 56 системы комплексного управления посредством комплекта 32 электропроводки коммутирована технологическая оснастка 20 в субсистемах 36 для аналоговой обработки процессов. Соответствующий интерфейсный блок узла 38 интерфейсов системы комплексного управления образован вторым интерфейсным блоком 48. Первый и второй уровни 54, 56 системы комплексного управления отличаются, в частности, видом обрабатываемых ими сигналов. Первый уровень 54 системы комплексного управления предназначен для обработки цифровых сигналов, а второй уровень 56 системы комплексного управления предназначен для обработки аналоговых сигналов. При этом первый интерфейсный блок 46 выполнен в виде устройства Input- Output (ввод-вывод) для цифровых сигналов и включает интерфейсы, выполненные для подключения кабелей передачи цифровых данных. Второй интерфейсный блок 48 выполнен в виде устройства Input- Output для аналоговых сигналов и включает интерфейсы, предназначенные для подключения аналоговой электропроводки, пропускающей аналоговые сигналы.
Система 18 комплексного управления включает третий уровень 58 системы, образованный поездными шинами 40, 42, 44, соединяющими транспортные единицы 12. В состав третьего уровня 58 системы комплексного управления входит интерфейсный блок 50, образующий контакты для подключения поездных шин.
Узел 38 интерфейсов системы комплексного управления включает также блок 60 управления, предназначенный для обработки процессов на основе сигналов, полученных или отправленных через интерфейсные блоки 46, 48, 50. Блок 60 управления показан на фиг. 3 схематично, а на фиг.4 детально.
Блок 60 управления включает вычислительное устройство 62, образованное двумя процессорами 62.1, 62.2. Два процессора блока 60 управления выполняют процессы управления с избыточным запасом. В частности, обеспечена многообразная избыточность за счет программирования процесса управления различными алгоритмами, выдаваемыми процессорами 62.1, 62.2. Процессоры 62.1, 62.2 образованы двумя различными по физическим параметрам процессорами (или ЦПУ) или они образованы одним процессором, причем разбивка на процессоры 62.1, 62.2 осуществлена на логическом уровне. Блок 60 управления включает также блок 64 памяти, выполненный в виде блоков RОM (долговременной) и/или RAM (оперативной) памяти, в которые записаны программные модули исполнения процессов управления.
Узел 38 интерфейсов системы комплексного управления включает внутреннюю шину 66 данных, к которой подключены блок 60 управления и интерфейсные блоки 46, 48, 50 (см. фиг. 3). По шине 66 происходит обмен данных между интерфейсами интерфейсных блоков 46, 48, 50 и блоком 60 управления. Считываемые интерфейсными блоками данные поступают по шине 66 данных в блок 60 управления, а произведенные блоком 60 управления данные поступают на выделенный для данных интерфейсный блок.
Блок 60 управления включает также соединенный для передачи данных с вычислительным устройством 62 блок 68 обработки данных, предназначенный для обработки критичных для безопасности сигналов, считываемых интерфейсными блоками 46, 48. Речь идет о сигналах, производимых в соответствующей транспортной единице 12, в которой установлен соответствующий узел 38 системы комплексного управления. Эти критичные для безопасности сигналы производит первый уровень 54 системы комплексного управления и в цифровой форме их принимает первый интерфейсный блок 46 через структуру 52 шин данных. Критичные для безопасности сигналы может вырабатывать также второй уровень 56 системы комплексного управления, а принимает их в форме аналоговых сигналов второй интерфейсный блок 48. Примером такого аналогового критичного для безопасности сигнала служит изменение напряжения в контуре безопасности, образованном проводками 34.1, 34.2, 34.3 или 34.4. Альтернативно или дополнительно к изменению напряжения интерфейсный блок 48 может принимать сигнал определенной частоты. В итоге второй интерфейсный блок 48 регистрирует, по меньшей мере, изменение, по меньшей мере, характеристики сигнала или проводки (величину напряжения, силу электротока, частоту, сопротивление, электропроводимость и т.п.) и эти данные обрабатывает блок 68 обработки данных, получая данные через шину 66.
Изменение характеристики сигнала или проводки вызывает, например, использование технологической оснастки 20.11 пассажиром (контур стоп-кранов), использование технологической оснастки 20.3 при закрывании дверей (контур дверей), использование технологической оснастки 20.7 (автостоп) в головной транспортной единице 12.1 или 12.6, использование технологической оснастки 20.9 (контур блокировки стоп-кранов) в головной транспортной единице 12.1 или 12.6. Эти сигналы регистрирует и обрабатывает блок 68 обработки данных. Результаты обработки поступают на вычислительное устройство 62, выполняющее определенный процесс управления. В примерах контура стоп-кранов и автостопа инициированный процесс управления начинает экстренное торможение. В примере контура блокировки стоп-кранов при распознавании блоком 68 обработки данных использования технологической оснастки 20.9 вычислительное устройство 62 откладывает экстренное торможение, по меньшей мере, на определенное время.
В отношении этих аналоговых, критичных для безопасности сигналов задачей блока 60 управления является - наряду с регистрированием изменения характеристики сигнала или проводки вторым интерфейсным блоком 48 – команда на подачу в комплект 32 электропроводки соответствующих аналоговых сигналов, в частности, подача устойчивого постоянного напряжения или переменного напряжения с определенной частотой. Другими словами, блок 60 управления по меньшей мере в одном рабочем режиме управляет работой второго интерфейсного блока 48 как аналогового блока ввод-вывод, чтобы процессы через этот второй интерфейсный блок 48, в частности заведение и считывание аналоговых сигналов, в комплект 32 или с комплекта 32 электропроводки, обрабатывал блок 60 управления.
В частности, блок 60 управления и комплект 32 электропроводки образуют вышеназванные контуры безопасности, причем комплект 32 электропроводки и второй интерфейсный блок 4, в частности секция 48.i образуют физическую структуру контура, а блок 60 управления берет на себя обработку сигналов на логическом уровне, выполняемую, как правило, обычным коммутационным оборудованием, в частности коммутаторами, реле, компараторами, элементами «И», элементами «ИЛИ», таймерами и т.д.
В отношении вышеописанного «контура автостопа» в блоке 60 управления программируют рабочий режим, при котором он выполняет роль «черного ящика» (юридического записывающего устройства).
Наряду с вышеназванными контурами дверей или управления дверями, контурами торможения или управления тормозами блок 60 управления образует совместно с комплектом 32 электропроводки контур закрывания дверей, контур определения направления движения и/или контур связи.
Блок 60 управления в режиме контроля осуществляет также контроль за двумя интерфейсными блоками 48 электропроводок 34, 35 комплекта 32 проводки. Регистрирование параметра сопротивления или параметра электропроводимости обеспечивает возможность выявления блоком 60 управления, в частности, обрыва проводки в комплекте 32 электропроводки.
Как было указано выше, третий уровень 58 системы комплексного управления включает три поездные шины 40, 42, 44, проходящие вдоль всего состава из транспортных единиц 12 (фиг. 2). Каждая из транспортных единиц 12 подключена к точке связи на поездной шине 40, 42, 44. Эта точка связи образована в транспортных единицах 12 соответствующим выделенным узлом 38 интерфейсов системы комплексного управления. Для этого в ней выполнен, как было указано выше, интерфейсный блок 50, к которому подключены поездные шины 40, 42, 44 (фиг. 3). Подключение этих поездных шин к блоку 60 управления показано на фиг. 4. Последний включат комплект из трех коммуникационных процессоров 70, 72, 74, выделенных соответственно одной из трех поездных шин 40, 42 или 44. Эти коммуникационные процессоры 70, 72, 74 подключены к потоку данных соответствующей выделенной поездной шины и соединены для передачи данных с вычислительным устройством 62. Эти соединения обеспечивают прием и обработку вычислительным устройством 62 данных, передаваемых через поездные шины 40, 42, 44 и соответствующий интерфейс интерфейсного блока 50. Кроме этого данные, производимые вычислительным устройством 62 в процессе управления блока 60 управления, заводят через эти соединения в соответствующие поездные шины. Поездные шины выполнены каждая в виде «Эзернет»-шины. Поездная шина 40 выполнена в виде шины комфортности, предназначенной, по меньшей мере, для передачи информации пассажирам. Эта информация может быть полезной информацией, например информацией о режиме работы, или развлекательной информацией, в частности в виде аудио- и видеоданных. Поездная шина 40 рассчитана на передачу данных со скоростью 100 МБ/сек.
Поездные шины 40, 44 отличаются относительно своих основных функций соответствующим, назначенным для них уровнем безопасности. Обмен данными по поездной шине 40 подчинен общим требованиям к безопасности данных, определенным Федеральным ведомством безопасности информационных технологий (BSI). Назначенная поездной шине 44 степень безопасности выше по сравнению с этим и соответствует требованиям защиты личности. Такие требования специалисты называют «Safety-требованиями» = требованиями «безрисковой безопасности». Поездная шина 44 выполнена согласно, например, по требованиям стандарта TCN (Train Communication Network = поездная связь) в виде ЕТВ-шины («Ethernet Train Bus» = поездная шина локальной сети типа «Эзернет»). По поездной шине 44 передают, в частности, данные тягового процесса и/или процесса торможения. Что касается вышеописанного примера контура стоп-кранов, то после распознавания блоком 68 обработки данных использования технологической оснастки 20.11 соответствующей транспортной единицы 12 вычислительное устройство 62 производит данные, на основе которых тормозная система 19 начинает экстренное торможение. Эти данные передают по поездной шине 44 в другие блоки остальных транспортных единиц 12 рельсового транспортного средства 10. Поездную шину 44 можно, поэтому считать шиной режима движения, предназначенной для передачи данных тяги или торможения.
Третья поездная шина 42 образована проводкой 26 системы 24 электроснабжения (см. фиг. 1). Коммуникационный процессор 72 оборудован устройством соединения или отсоединения, через которое цифровой сигнал в аналоговой форме соединяют с проводкой 26 системы 24 электроснабжения и отсоединяют от нее проведенный по проводке 26 аналоговый сигнал и заводят его в цифровой форме в вычислительное устройство 62. С этой целью устройство соединения и отсоединения выполнено для осуществления способа модуляции или демодуляции. Этот способ может быть, в частности, ортогональным (De) способом демодуляции. Первичной функцией третьей поездной шины 42 является, по меньшей мере, обеспечение канала избыточного обмена данными на третьем уровне 58 системы комплексного управления.
Как было описано выше, поездные шины 40, 42, 44 имеют каждая базовую функцию, соотнесенную с соответствующим уровнем безопасности и, в частности, с видом предаваемых данных. Однако блоки 60 управления транспортных единиц 12 предназначены в соответствующем режиме для регистрации и осуществления распределения потока данных на поездных шинах 40, 42, 44. Так, например, они обеспечивают перенаправление данных, принятых блоком 60 управления транспортной единицы 12 через одну из поездных шин, в другую поездную шину. Сеть передачи данных, образованную поездными шинами 40, 42, 44 и блоками 60 управления узлов 38 интерфейсов системы комплексного управления, эксплуатируют в качестве многоконтурной сети, в которой блоки 60 управления образуют соответственно три сетевых узла. Это очень схематично показано на фиг. 5, причем наряду с поездными шинами 40, 42, 44 блоками 60 управления образованы также и поперечные переходы между поездными шинами.
На фиг. 6 показана транспортная единица 12.1, выполненная в виде головного вагона. В нем расположено устройство 28 энергоснабжения системы 24 электроснабжения (фиг. 1). Отходящие от него электропроводки 26 используют в качестве передающих линий поездной шины 42. С этой целью электропроводка 26 подключена для передачи данных к выделенному этой транспортной единице 12.1 узлу 38.1 интерфейсов системы комплексного управления. К нему подключены также поездные шины 40 и 44. Показана также технологическая оснастка 20 транспортной единицы 12.1, производящая аналоговые критичные для безопасности сигналы, принимаемые интерфейсным блоком 48 и обрабатываемые блоком 68 обработки данных блока 60 управления. Эта технологическая оснастка 20 выполнена, в частности, в виде органов управления, подключенных к одному или нескольким вышеназванным контурам безопасности. В отличие от существующих решений проводка этих контуров безопасности не подключена напрямую к соответствующей проводке соседней транспортной единицы 12.2, а соединение для обмена данных, включая передачу данных относительно контуров безопасности, с этой транспортной единицей, а также со всеми другими транспортными единицами 12 осуществляют исключительно через локальный узел 38.1 интерфейсов системы комплексного управления и комплект поездных шин 40, 42, 44. Подключение для обмена данными соседних транспортных единиц 12.1 и 12.2 друг к другу осуществляют соответственно исключительно через существующие поездные шины 40, 44 и через электропроводку 26, образующую третью поездную шину 42.
1. Рельсовое транспортное средство с транспортной единицей (12.1), включающей субсистемы (36) технологической оснастки, и с системой (18) комплексного управления, включающей первый уровень (54) системы комплексного управления, на котором субсистемы (36) технологической оснастки объединены в сеть посредством цифровой структуры (52) шин данных, и по меньшей мере второй уровень (56) системы комплексного управления, включающий, по меньшей мере, аналоговую обработку процессов в выделенном субсистемам (36) технологической оснастки комплекте (32) электропроводок, отличающееся тем, что транспортная единица (12.1) включает узел (38) интерфейсов системы комплексного управления, включающий первый интерфейсный блок (46), выделенный первой структуре (52) шин данных, по меньшей мере второй интерфейсный блок (48), выделенный комплекту (32) электропроводок, и блок (60) управления, предназначенный для обработки процессов через второй интерфейсный блок (48) по меньшей мере в одном рабочем режиме.
2. Транспортное средство по п. 1, отличающееся тем, что блок (60) управления и комплект (32) электропроводок образуют, по меньшей мере, частично логический контур безопасности.
3. Транспортное средство по п. 2, отличающееся тем, что блок (60) управления и комплект (32) электропроводок образуют контур управления дверями, контур блокирования дверей, контур стоп-кранов, контур управления тормозами, контур определения направления движения и/или контур связи.
4. Транспортное средство по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что узел (38) интерфейсов системы комплексного управления включает по меньшей мере третий интерфейсный блок (50), предназначенный для подключения по меньшей мере к двум поездным шинам (40, 42, 44).
5. Транспортное средство по п. 4, отличающееся тем, что узел (38) интерфейсов системы комплексного управления включает, по меньшей мере, внутреннюю шину (66) данных, к которой подключены блок (60) управления и интерфейсные блоки (46, 48, 50).
6. Транспортное средство по п. 4, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из поездных шин (40, 42) выполнена в виде поездной шины типа «Эзернет».
7. Транспортное средство по п. 4, отличающееся тем, что содержит систему (24) электроснабжения, причем одна из поездных шин (44) образована электропроводкой (26) системы (24) электроснабжения.
8. Транспортное средство по п. 4, отличающееся тем, что поездные шины (40, 42) выделены каждая соответственно разным уровням безопасности.
9. Транспортное средство по п. 8, отличающееся тем, что одна из поездных шин (40) выполнена в виде шины комфортности, по меньшей мере, для передачи информации пассажирам.
10. Рельсовое транспортное средство с составом из транспортных единиц (12.1-12.6), включающих каждая субсистемы (36) технологической оснастки, и с системой (18) комплексного управления, включающей первый уровень (54) системы комплексного управления, на котором субсистемы (36) технологической оснастки объединены в сеть посредством цифровой структуры (52) шин данных, и по меньшей мере второй уровень (56) системы комплексного управления, включающий, по меньшей мере, комплект (32) электропроводок, выделенный для аналоговой обработки процессов в субсистемах (36) технологической оснастки, причем система (18) комплексного управления включает третий уровень (58) системы по меньшей мере с двумя поездными шинами (40, 42, 44), соединяющими между собой транспортные единицы (12.1012.6), отличающееся тем, что система (18) комплексного управления включает комплект узлов (38.1-38.6) интерфейсов системы комплексного управления, установленный каждый в отдельной транспортной единице (12.1-12.6), и первый интерфейсный блок (46), выделенный структуре (52) шин данных, второй интерфейсный блок (48), выделенный комплекту (32) электропроводок, по меньшей мере третий интерфейсный блок (50) для поездных шин (40, 42, 44), блок (60) управления, предназначенный для обработки процессов через второй интерфейсный блок (48) по меньшей мере в одном рабочем режиме.
11. Транспортное средство по п. 10, отличающееся тем, что блок (60) управления и комплект (32) электропроводок образуют, по меньшей мере, частично логический контур безопасности.
12. Транспортное средство по п. 11, отличающееся тем, что блок (60) управления и комплект (32) электропроводок образуют контур управления дверями, контур блокирования дверей, контур стоп-кранов, контур управления тормозами, контур определения направления движения и/или контур связи.
13. Транспортное средство по любому из пп. 10-12, отличающееся тем, что узлы (38.1-38.6) интерфейсов системы комплексного управления включают каждый, по меньшей мере, внутреннюю шину (66) данных, к которой подключены блок (60) управления и интерфейсные блоки (46, 48, 50).
14. Транспортное средство по любому из пп. 10-13, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из поездных шин (40, 42) выполнена в виде поездной шины типа «Эзернет».
15. Транспортное средство по любому из пп. 10-14, отличающееся тем, что содержит систему (24) электроснабжения, причем одна из поездных шин (44) образована электропроводкой (26) системы (24) электроснабжения.
16. Транспортное средство по любому из пп. 10-15, отличающееся тем, что третий уровень (58) системы комплексного управления включает по меньшей мере три поездные шины (40, 42, 44), соединяющие каждая транспортные единицы (12.1-12.6) между собой, причем третий интерфейсный блок (50) предназначен для присоединения по меньшей мере к трем поездным шинам (40, 42, 44).
17. Транспортное средство по п. 16, отличающееся тем, что в узлах (38.1-38.6) интерфейсов системы комплексного управления блоки (60) управления предназначены для регистрации и осуществления распределения обмена данными на поездных шинах (40, 42, 44).
18. Транспортное средство по любому из пп. 10-17, отличающееся тем, что поездные шины (40, 42) выделены каждая соответственно разным уровням безопасности.
19. Транспортное средство по п. 18, отличающееся тем, что одна из поездных шин (40) выполнена в виде шины комфортности, по меньшей мере, для передачи информации пассажирам.
