Aktuální vydání

celé číslo

01

2024

Automatizace skladování, logistiky a manipulace s materiálem

Programovatelné automaty, průmyslové počítače, jednotky I/O, bezpečnostní systémy

celé číslo

Železnice a zabezpečovací zařízení II. – moderní zabezpečovací zařízení

číslo 10/2006

Železnice a zabezpečovací zařízení II. – moderní zabezpečovací zařízení

Článek navazuje na předchozí díl, uveřejněný v čísle 7 časopisu Automa, který popisoval historický vývoj zabezpečovací techniky pro železnici.

Prvky s vnitřní bezpečností

Železniční zabezpečovací zařízení lze obecně charakterizovat jako systém určený pro řízení technologických procesů v reálném čase. Vzhledem k tomu, že chyba v řízení tohoto procesu může vést k velmi vážným následkům, tj. ke ztrátám lidských životů, zranění a nemalým škodám na majetku či životním prostředí, je tento proces (resp. některé jeho funkce) považován za proces bezpečnostně kritický. Z tohoto důvodu jsou kladeny požadavky nejen na správnost funkce zařízení v bezporuchovém stavu, ale také na tzv. bezpečnost při poruše. Bezpečnost při poruše znamená, že žádnou uvažovanou poruchou zařízení nebo jeho libovolné části nesmí dojít k ohrožení bezpečnosti. Tato podmínka vedla např. ke konstrukci a použití speciálních relé, která se vyznačují některými vlastnostmi zaručenými konstrukcí. Je to především nucené vedení kontaktů a dále garance odpadu kotvy relé při ztrátě buzení. To je zajištěno použitím nesvařitelných kontaktů a gravitačního odpadu kotvy. Tato relé jsou velmi robustní. Prvky uvedené koncepce bezpečnosti jsou označovány za prvky s vnitřní bezpečností.

Na našem území jsou dodávky této techniky pro Československé státní dráhy, později České dráhy, i pro další organizace (pro zabezpečení podnikových a důlních vleček) spojeny s podnikem Automatizace železniční dopravy (zkratka AŽD). V roce 1954 byly ministerstvem dopravy zřízeny dva samostatné podniky se zaměřením na výrobu a výstavbu zabezpečovacích a sdělovacích zařízení pro železnici. V roce 1958 byly tyto podniky spojeny do jednoho celku a v roce 1961 dostal tento podnik název Automatizace železniční dopravy. V současné době, po privatizaci v roce 1993, je název firmy AŽD Praha, s. r. o.

Feritotranzistorové zabezpečovací systémy

Postupně se objevily snahy nahradit elektromechanická relé a další prvky elektronickými obvody. Nejprve se technici snažili konstruovat i elektronické obvody jako prvky s vnitřní bezpečností. V 70. letech dvacátého století byla vyvíjena zařízení, kde jsou logické a rozhodovací funkce realizovány prostřednictvím elektronických obvodů s podmínkou zajištění bezpečnosti při poruše. V AŽD byla vyvíjena zařízení s bezpečnými logickými obvody s použitím feritotranzistorů, které pracují na principu toroidních transformátorů s pravoúhlou hysterezní smyčkou. Tato řešení byla ve většině případů neefektivní, a tak s rozvojem počítačové techniky začal rozvoj systémů, kde bezpečné rozhodovací funkce zajišťují prvky výpočetní techniky.

Elektronické zabezpečovací systémy

Zařízení na bázi počítačové techniky však není možné konstruovat přímo jako zařízení, které využívá prvky s vnitřní bezpečností. Proto se vyvíjejí systémy, které jsou z hlediska principu zajištění bezpečnosti označovány jako systémy se složenou bezpečností. Zjednodušeně lze tento systém popsat tak, že zařízení pracuje v systému s rozhodováním 2 ze 2 nebo 2 ze 3. Paralelně vedle sebe pracují fyzicky nezávislé části zařízení (větve). Libovolná porucha jedné větve tohoto zařízení nesmí způsobit jakýkoliv nebezpečný stav (až teprve v kombinaci s poruchou v další větvi). Každá porucha však musí být včas v bezporuchovém vláknu identifikována a poruchové vlákno musí být bezpečně odstaveno od svých rozhodovacích a výkonných pravomocí. Tím je bezpečnost při poruše dostatečně zajištěna.

Pro zařízení pracující na uvedenému principu se vžilo označení elektronické zabezpečovací zařízení. Jedním z prvních bylo elektronické stavědlo firmy L. M. Ericsson, které bylo uvedeno do provozu v roce 1978 v železniční stanici Göteborg.

Obr. 1.

Obr. 1. Jednotné obslužné pracoviště staničního zabezpečovacího zařízení, Lysá nad Labem

V 80. letech dvacátého století probíhal v ČSSR státem řízený vývoj elektronických sdělovacích a zabezpečovacích zařízení. Vzhledem k reálným možnostem té doby nebyla žádná elektronická zabezpečovací zařízení (tedy bezpečné počítačové systémy) vytvořena. Přesto byly výsledky tohoto úkolu zajímavé a posloužily jako výchozí krok k moderním zařízením, která jsou produkována a používána v současnosti. Byla to zejména staniční zařízení AŽD 88 ve stanici Dřísy (AŽD) a dálkové ovládání zabezpečovacího zařízení na trati Praha–Kralupy ve stanici Praha Holešovice (SUDOP).

Zabezpečovací zařízení ESA 11

Skutečný vývoj elektronických zabezpečovacích zařízení se na našem území rozběhl až v 90. letech minulého století. Firma AŽD nejprve vyráběla staniční zabezpečovací zařízení SZZ-ETB, která využívala osvědčené principy reléových zabezpečovacích zařízení, ale současně byla doplněna bezpečným počítačovým ovládáním. První elektronické zabezpečovací zařízení z produkce AŽD bylo zařízení ESA 11, které bylo do provozu uvedeno v železniční stanici Stará Boleslav v roce 1997. S vývojem elektronických zařízení musel vzniknout zcela nový způsob ovládání, který je dnes Českými drahami definován jako „jednotné obslužné pracoviště“ (JOP; obr. 1). Je to soubor požadavků na zobrazování (na monitorech), na množinu obslužných funkcí a jejich zadávání prostřednictvím počítačové klávesnice a počítačové myši.

Obr. 2.

Obr. 2. Automatické vedení dopravní dokumentace

Technické inovace byly spouštěcím mechanismem pro rozvoj dalších funkcí zabezpečovacího zařízení: moderního dálkového ovládání a využití nadstavbových systémů, které slouží k řízení dopravy. Dnes je možné z jednoho místa na trati ovládat rozsáhlé traťové úseky. Výpravčím a dispečerům je k dispozici elektronická podoba plánovaného a splněného grafikonu vlakové dopravy a také systém automatického vedení elektronické dopravní dokumentace (obr. 2). Obojí je velmi silný prostředek pro zefektivnění práce výpravčího. Velmi důležitá je skutečnost, že systémy pro řízení dopravy automaticky přejímají ze zabezpečovacího zařízení údaje o jízdě vlaků.

Pro zajištění vyššího komfortu obsluhy ve velkých železničních uzlech nebo pro dálkové ovládání se používají velkoplošné zobrazovací panely. Dopravní situace se na nich zobrazuje prostřednictvím dataprojektorů. V principu jde o soustavu boxů se zpětnou projekcí (obr. 3).

Technický popis zařízení ESA 11

Z technického hlediska lze staniční zabezpečovací zařízení ESA 11 charakterizovat jako multiprocesorový systém určený pro řízení technologických procesů v reálném čase. Součástí zařízení jsou vnitřní i vnější datové sběrnice, které jsou řešeny jako uzavřený přenosový zabezpečovací systém podle ČSN EN 50159-1 (Drážní zařízení – Sdělovací a zabezpečovací systémy a systémy zpracování dat. Část 1: Komunikace v uzavřených přenosových zabezpečovacích systémech). Pro sběr informací z navazujících technologií a jejich ovládání je určeno reléové rozhraní. Zařízení je programovatelné konfiguračními daty a jeho skladbu lze přizpůsobit konkrétním podmínkám použití. Zařízení umožňuje spolupráci s navazujícími (nadřazenými) informačními systémy.

Obr. 3.

Obr. 3. Obslužné pracoviště se soustavou dataprojektorů

Základem zařízení je bezpečné jádro, které pracuje v systému 2 ze 2, a to se studenou nebo horkou zálohou. Jádro zařízení je tvořeno dvojící průmyslových počítačů kategorie PC (zálohu tvoří další dvojice). Pro potřeby zajištění bezpečnosti je každý počítač z této dvojice vybaven jiným operačním systémem (ETS PharLap a Microsoft Windows NT) a také jiným programovým vybavením. Vnější odezva obou počítačových programů musí být v taktu činnosti zařízení (200 ms) stejná, programy jsou vytvořeny podle společného zadání dvěma různými pracovními týmy.

S bezpečným jádrem zařízení komunikuje tzv. zadávací úroveň. Její terminály jsou také na bázi průmyslových PC. Počítače jádra mezi sebou a s počítači zadávací úrovně komunikují prostřednictvím firemního komunikačního protokolu Etmnet, který je postaven na základě komunikačního systému Ethernet IPX. Komunikační prostředky pro místní i dálkovou komunikaci jsou komerční. Pro dostatečné zajištění bezpečnosti se používají vyhrazené přenosové prostředky.

Průmyslové počítače jsou sestaveny jak z komerčních dílů, tak z dílů speciálně vyvinutých pro dané použití.

Řídicí část komunikuje s výkonnou, jejíž hlavní úloha spočívá v ovládání reléového rozhraní (bezpečné ovládání výstupů a bezpečné načítání indikací). Ke komunikace jsou využity dvě komunikační linky RS-485 s vlastním komunikačním protokolem Penet. Samotná přenosovou je asynchronní, s přenosovou rychlostí 62,5 kb/s. Výkonná část opět pracuje v systému 2 ze 2 a je tvořena speciálním hardwarem, skládajícím se z dvojice osmibitových počítačů a dalších obvodů. Pomocí speciálních modemů lze výkonnou část oddálit až o desítky kilometrů od jádra systému. Tato vlastnost se využívá na vedlejších tratích k efektivnímu řízení několika železničních stanic z jednoho centra.

ESA 11 – komerčně úspěšný produkt

V současné době je zabezpečovacími zařízeními ESA 11 z produkce AŽD Praha, s. r. o., vybaveno již několik stanic v síti Českých drah a systém se úspěšně exportuje i do zahraničí.

Vladimír Novák, AŽD Praha, s. r. o.

AŽD Praha s. r. o.
Žirovnická 2/3146
106 17 Praha 10
tel.: 267 287 111
fax: 272 650 831
e-mail: info@azd.cz
http://www.azd.cz