Programovatelné staniční zabezpečovací zařízení MODEST-PES

1. Operátorská stanice (dále jen OS) zprostředkovává styk mezi obsluhujícím zaměstnancem (operátorem) a systémem a zároveň zajišťuje grafické rozhraní mezi systémem a obsluhujícím zaměstnancem. OS je SW modul, který může být spuštěn na libovolném řídícím počítači (S0, S1 nebo S2), tj. může být spuštěn samostatně nebo spolu s modulem CS. Operátorská stanice tedy může být umístěna buď na řídících počítačích, nebo je možno ji decentralizovat a umístit odděleně od řídících počítačů. Výsledná konfigurace závisí na místních podmínkách a potřebách odběratele a na ekonomickém zhodnocení možných variant řešení a je vždy s odběratelem konzultována.
2. Centrální stanice (dále jen CS) tvoří hlavní „inteligentní“ úroveň. Na úrovni centrálních stanic jsou řešeny DBA – dopravně bezpečnostní algoritmy (reakce na změny vstupů a povely obsluhy, kontrola a reakce na uběhnutí časových kvant, bezpečné povelování PS a příprava dat pro bezpečné zobrazování). Centrální stanice jsou dvě, označované jako CS_A a CS_B, pracující jako systém 2 ze 2. Pro zvýšení dostupnosti je systém vybaven třetím počítačem (S2), který pracuje v režimu zálohy. V případě výpadku jedné z centrálních stanic dochází k rekonfiguraci, kdy funkci CS v poruše převezme počítač S2. V systému 2 z 2 fungují vždy dvě centrální stanice, které pracují na sobě nezávisle, přičemž každá právě funkční centrální stanice má přiřazen jeden komunikační kanál s podřízenou úrovní – kanály jsou dále označovány jako kanál A a kanál B. V případě poruchy jedné centrální stanice je možné provedením rekonfigurace systému odpojit vadnou stanici a připojit záložní stanici S2, případně po odstranění poruchy musí být řízení vráceno opět provedením rekonfigurace na řízení prostřednictvím stanic S0 a S1.
   Deklarovaná nezávislost znamená, že dochází k dvojnásobnému nezávislému zpracování na dvojím hardware, přičemž se porovnávají vstupy, výstupy a mezivýsledky jednotlivých kroků zpracování dopravně-bezpečnostních algoritmů. Porovnání je provedeno pomocí výměny dat bez možnosti záměny dat jedné větve daty větve druhé.
3. jako polohovací zařízení se využívá zásadně trackball. Na operátorském pracovišti je vždy jeden trackball hlavní a druhý záložní připojený k záložnímu počítači. Ve speciálních případech je možno instalovat i třetí trackball. Ve zvláštních případech je možno instalovat i klávesnici pro obsluhu některých funkcí (např. vepisování čísla vlaku, poznámek apod.).
4. HUB je využíván na propojení centrálních stanic a servisní stanice sítí ETHERNET (jeho datová propustnost je tedy rovná (teoreticky) rychlosti přenosového média). U starších systémů byl HUB nahrazen spojením počítačů pomocí koaxiálních kabelů. U nových systémů se někdy namísto HUB používá SWITCH (má podstatně větší datovou propustnost a hodí se především pro rozsáhlejší sítě, které by jinak byly neúměrně zatěžované).
5. HUB nebo SWITCH a tři počítače centrálních stanic jsou umístěny v šasi centrálních stanic (skříň 19“ s krytím IP54, výška 15U, hloubka 700 mm, s čelními dveřmi, celkem dva kusy).
6. monitory slouží ke grafickému zprostředkování styku mezi operátorem a operátorskou stanicí. Monitory bývají zpravidla tři, u malých stanic mohou být jen dva. Na monitoru je vždy vyobrazeno technologické schéma kolejiště a další ovládací a indikační prvky. Pro rozsáhlá kolejiště je možno technologické schéma rozdělit na dva samostatné monitory, třetí monitor slouží vždy jako záložní ve spojení se záložním počítačem S2 (pokud jsou použity jen dva monitory, je na jednom monitoru technologické schéma spolu se všemi ovládacímu a indikačními prvky, druhý monitor pak slouží jako záložní). Monitory se používají buď obrazovkové velikosti 21“ nebo LCD velikosti 17“ a 19“.
7. pomocný ovládací panel je určen jako doplněk pro zajištění nezávislosti na systému. Na doplňkovém panelu se vždy nachází tlačítko „Potvrzení nouzové operace“ a případně i tlačítka „Nouzového otevření přejezdu“ a nezávislé indikace „Výstrahy“ přejezdového zabezpečovacího zařízení. Tlačítko „Potvrzení nouzové operace“ se využívá pro nezávislé potvrzení nouzových operací, jako jsou „Přivolávací návěst“, reset počítače náprav apod. (přesný význam a obsluha tohoto tlačítka je vždy uveden v operátorské příručce). Tlačítka „Nouzového otevření“ a indikace „Výstraha“ přejezdového zabezpečovacího zařízení jsou využívány pouze tam, kde je přejezdové zabezpečovací zařízení (ať už s vazbou na MODEST-PES nebo bez vazby) a slouží k prioritnímu dálkovému otevření (dálkové otevření má vyšší prioritu než dálkové zavření pomocí MODEST-PES) a nezávislému dohledání výstrahy na přejezdovém zabezpečovacím zařízení.
8. pomocný tlačítkový pult pro ruční ovládání některých prvků se zřizuje zpravidla pouze pro řízení rozpouštěcích oblastí spádoviště tam, kde je nutné zajistit i ruční obsluhu výhybek, spádovištních návěstidel a kolejových brzd.
9. dispečerské pracoviště se instaluje tam, kde provoz neřídí samotný operátor, ale je podřízen dispečerovi. Dispečer má pak k dispozici přehledové zobrazení kolejiště na jednom samostatném monitoru a uděluje příkazy (ústně) operátorovi. V případech, kdy si to provoz vyžaduje (např. dočasná nepřítomnost nebo zaneprázdnění operátora), může dispečer převzít i řízení celého kolejiště nebo jen jeho části.
10. systém identifikace obsluhy se zřizuje jen na přání odběratele. Tento systém využívá k identifikaci operátora čipové karty a standardně vyráběné čtečky čipových karet připojené pomocí definovaného rozhraní k MODEST-PES. Bez zasunutí čipové karty odpovídajícího oprávnění není možno provádět příslušné operace. Oprávnění operátora se zobrazuje na monitoru nad technologickým schématem kolejiště, každá změna přístupu je automaticky archivována. Pro případ poruchy čtečky se zřizuje ve stejném místě i čtečka náhradní. Čipové karty je možno naprogramovat pomocí zařízení dodávaného s tímto systémem (oprávnění programovat tyto karty mají pouze pracovníci údržby).
11. další doplňky operátorského pracoviště jako jsou např.nábytek, žaluzie, osvětlovací tělesa, topná tělesa, záznamy hovorů apod. jsou zřizovány a instalovány na základě přání odběratele a netvoří součást zabezpečovacího zařízení.

2.1.2 Programové vybavení operátorského pracoviště

Stanice OS a CS jsou tvořeny počítači typu PC v průmyslovém provedení, kompatibilní s IBM. Operační systém na těchto stanicích je typu MS DOS 6.22, případně LINUX.

Pro vývoj SW byly použity metody Top-Down, Objektově orientovaná analýza a Objektově orientovaný design, OOP a další. Návrh vychází z modelu stavových automatů, který je kombinován s událostně řízeným návrhem (event-driven), přičemž externími události jsou změny ve vstupech nebo vstupy od obsluhy (změny ve vstupech od polohovacího zařízení nebo z klávesnice) a interními událostmi jsou změny stavů vnitřních proměnných nebo automatů (např. uplynutí časového souboru). Pro zajištění možnosti běhu více automatů stejného nebo různého typu je implementováno jádro, zabezpečující omezené funkce nepreemptivního multitasku.

Při implementaci byly použity kódovací standardy (Coding Standards), jejichž nedílnou součástí je jednotný způsob pojmenování proměnných (Naming Conventions). Komentáře zdrojového kódu mají jednotný styl a tvoří spolu se zdrojovým kódem samovysvětlující text. Program je psán strukturovaně a v maximální míře využívá objektů a jejich pozitivních vlastností, zejména dědění a zapouzdření.

Speciální důraz je kladen na bezpečnostní hledisko a to jak při návrhu vlastního SW, tak i při opatřeních pro zajištění bezpečnosti při běhu programového vybavení. Programy při běhu využívají protected mód, programy a datové soubory jsou uloženy ve pamětích typu flash. Program je zakódován pomocí ochranné utility, která ověřuje přítomnost autorizačního HW klíče (ty jsou připojeny na paralelní port všech CS). Data jsou zakódována do nečitelného tvaru pomocí utility KLIC. Konsistence obsahu paměti je kontrolována před vlastním spuštěním pomocí výpočtu kontrolního součtu (BCC – Block Check Character). Program za běhu vytváří nebo používá už vytvořené soubory na HD počítače, do souborů ukládá záznamy o provozních situacích. Některé soubory používá jako paměť vybraných informací pro případ ukončení a znovu nastartování běhu programu (po výpadku napájení, poruše HW, resetování počítače apod.).

Program je navržen s ohledem na maximální možnou flexibilitu. Té je dosaženo tak, že řídící program je doplněn množstvím konfiguračních souborů, které modifikují jeho chování tak, aby bylo možné realizovat odlišné požadavky odběratele. Jedná se o tyto typy konfiguračních souborů:

• programové parametry (parametrizace zobrazení, časové konstanty, cesty k ostatním konfiguračním souborům atd.)
• datové soubory (topologie kolejiště, vzhled prvků technologického schématu, konfigurace štítků, maker a tlačítek, tabulka přejezdových zab. zař. atd.)
• předzpracované datové soubory (tabulka jízdních cest, tabulka současně vyloučených jízdních cest, negabaritní izolované úseky)
• hlášení (všechna hlášení chyb operátora, technologie, programu, stavové informace o běhu programu, on-line help).
• znakové sady (použité fonty pro grafické výpisy v kódování Kamenických nebo Windows CP1250).
• pomocné uživatelské informace (informace dle potřeb zákazníka - nápověda, důležitá telefonní čísla atp.)

Skříň elektroniky a skříň počítačů náprav FRAUSCHER ve stavědlové ústředně stavědla T6 elektrárny Prunéřov (archiv První Signální).

Flexibilitou lze zajistit jednoduchou a snadnou lokalizaci verze do jiného národního prostředí (změna textových hlášení příp. fontů).

Požadavky odběratelů na uzpůsobení grafického uživatelského rozhraní je možno splnit změnou souborů, které definují způsob zobrazení prvků technologického schématu (tvar a barva), dále lze měnit umístění, tvar a barvu štítků, tlačítek a maker, barvu pozadí technologického schématu, vzhled nabídky operací atd.

Příprava bezpečnostně relevantních konfiguračních dat je podporována projekčním nástrojem EDKO. Nástroj umožňuje vytvoření a modifikace technologického schématu, jeho parametrizaci a automatizovanou tvorbu závěrové tabulky. Vygenerované soubory jsou na závěr navíc doplněny ochranným kontrolním součtem. Tyto datové soubory lze zkontrolovat pomocí sady zabudovaných kontrol. Vytvoření i každá změna je autorizovaná a doplněna komentářem.

2.1.3 Stavědlová ústředna

Technologická část je umísťována zpravidla ve stavědlové ústředně, ve které jsou zpravidla umístěny:

• skříně elektroniky. V jednotlivých skříních elektroniky jsou umístěny blok připojovacích konektorů, blok jističů, dva bloky procesních stanic, čtyři bloky van elektronických převodníků s deskami elektroniky a čtyři bloky pro případné volné vazby (jističe, relé apod.).
• napájecí skříň. Napájecí skříň slouží pro výrobu a distribuci napětí potřebných pro činnost celého systému. V napájecí skříni jsou umístěny tyto prvky: jističe pro rozjištění jednotlivých proudookruhů, měřící přístroje, hlídače izolačního stavu, měřící svorky pro měření na jednotlivých proudových soustavách, oddělovací ochranné transformátory, zdroje pro výrobu stejnosměrných napětí, blok vzdálených vstupů a výstupů FLEX I/O pro snímání některých stavů prvků v napájecí skříni.
  U MODEST-PES se počítá s následující příkonem elektrické energie:

  návěstidla	cca 30VA na 1 návěstidlo
  procesní stanice kanálů A+B včetně převodníků	cca 200VA na 1 skříň el.
  centrální a servisní stanice + monitory LCD	4*150VA = 600VA
  24V DC (napájení relé)	cca 100VA
  větrací jednotka	cca 200VA na 1 skříň el.
  kolejové obvody nebo počítače náprav podle regulačních tabulek nebo podkladů výrobce.
  Poznámka: K celkové spotřebě je nutno připočíst spotřebu elektromotorických přestavníků (odběr jen při přestavování, cca 800W na jeden přestavník po dobu cca 3 s). V jednotlivých skříních elektroniky je řízen postupný rozběh motorů přestavníků po cca 0,3 s tak, aby byl snížen náběhový proud v rámci jedné skříně pod 20A.

  Pro překlenutí doby, po kterou není MODEST-PES napájen ze vstupního přívodu (doba na připojení záložního zdroje, doba na start dieselgenerátoru apod.), se doplňuje napájecí část o zdroj nepřerušitelného napájení UPS.
• pracoviště údržby. Za účelem diagnostiky je zpravidla ve stavědlové ústředně na pracovišti údržby umístěn počítač v průmyslovém provedení (dále uváděn jako servisní stanice), který je sestaven ve stejné konfiguraci jako centrální stanice s 15“ monitorem. Tato stanice zároveň slouží jako náhradní pro případ poruchy centrální stanice. Stanice je propojena s centrálními stanicemi datovou sítí a umožňuje zpracování dat ukládaných v průběhu jejich činnosti. Zároveň může sloužit ke kontrole ovládacích datových souborů popisujících technologické schéma kolejiště. Pracoviště údržby je dále vybaveno panelem operátora DTAM, pomocí kterého je možno provádět základní diagnostiku a testování procesních stanic. Pracoviště údržby je vybaveno náhradními díly pro opravy systému výměnným způsobem.
  Servisní stanice může být umístěna i decentralizovaně. Tohoto řešení se používá zejména v případech, kdy je kolejiště rozděleno na několik obvodů ovládaných z různých stavědlových ústředen. Pro spojení servisního pracoviště s centrálními stanicemi se pak používá modemové propojení podle vzdálenosti a použitého přenosového média. Výběr konkrétního spojení je posuzován jednotlivě pro každou aplikaci podle požadavků objednatele a technických možností. Dosud použitá propojení využívají buď prodloužení sítě ETHERNET modemy typu xDSL nebo propojení pomocí komutované telefonní sítě analogovými modemy nebo modemy pro síť ETHERNET pro optická vlákna.
• kabelový stojan. Kabelový stojan se zřizuje ve stavědlové ústředně v případech, kdy není zřízena samostatná kabelová místnost. Kabelový stojan je složen z řadových svorek WAGO a ENTRELEC (pouze pro napájecí strany kolejových obvodů se signální frekvencí 50 Hz) umístěných oboustranně na čtyřech svislých DIN lištách, na které se připojují přívodní kabely od venkovních prvků. V horní části kabelového stojanu s nachází tři bloky přípojných konektorů, kterými je provedeno propojení přívodních kabelů se skříněmi elektroniky. Propojení mezi řadovými svorkami a konektory je provedeno volnými vodiči.
• reléové stojany. Reléové stojany se používají tam, kde je nutno provést reléové vazby s okolními stavědly většího rozsahu, případně slouží jako stojany pro kolejové přijímače a měniče signální frekvence kolejových obvodů. Pro všechny tyto účely se používají standardní stojany umístěné ve stojanových rámech typu AŽD.

2.2 Venkovní část MODEST-PES

Venkovní část se skládá zpravidla z následujících prvků:

2.2.1 Světelná návěstidla

Pro přenos návěstních znaků se používají přednostně stožárová nebo trpasličí návěstidla typu AŽD 70 se žárovkou 12V/20W a návěstním transformátorem ST-3/R. Podle požadavku odběratele je možno využít i návěstidel jiných výrobců (např. WSSB), vždy je ale nutno zachovat sestavu návěstního transformátoru ST-3/R a žárovky 12V/20W.

U návěstění prostřednictvím světelných návěstidel se nepoužívá návěstění rychlostní návěstní soustavy (nenávěstí se spodní návěstní znak), v jednom okamžiku mohou na světelném návěstidle svítit maximálně tři světla (červená, bílá a indikátor čísla koleje).

Návěstní znak je vždy přizpůsoben předpisu provozovatele dráhy.

Maximální vzdálenost návěstidla od desky elektroniky je 3 km.

2.2.2 Elektromotorické přestavníky

Pro přestavování výměn a výkolejek, ve speciálních případech i brán, se používají elektromotorické přestavníky řady EP600 s upravenou přepínací sadou pro MODEST-PES propojené s deskami elektroniky pomocí 5-drátového zapojení. Přestavníky se používají přednostně bez kontroly jazyků, podle požadavku odběratele je možno kontroly jazyků použít.

Na spádovištích se používají upravené přestavníky řady EP600 se zvýšeným převodovým poměrem a sníženou dobou přestavování do 1 sekundy.

Tam, kde výměna ovládaná MODEST-PES tvoří odvrat pro kolejiště ČD, je zapojení přestavníku upraveno na sedmidrátové, pro zjišťování polohy výměny je používáno standardní zapojení kontrolních relé podle PN AŽD 8221.

Maximální vzdálenost přestavníku od desky elektroniky je 5 km.

2.2.3 Elektromagnetické zámky

Pro vazbu ručně přestavovaných výměn a výkolejek na MODEST-PES se využívá stejnosměrných elektromagnetických zámků napájených napětím 24 V DC SELV.

2.2.4 Prostředky pro zjišťování volnosti kolejových úseků

Pro zjišťování volnosti kolejových úseků se používají:

• kolejové obvody 50 Hz v kolejištích bez elektrické trakce. Kolejové obvody s touto signální frekvencí se mohou využít jen na základě požadavku odběratele. U těchto kolejových obvodů je kolejový přijímač nahrazen vstupem do desky elektroniky, tyto kolejové obvody tedy nevyžadují žádná přídavná relé.
• kolejové obvody jiné signální frekvence než 50 Hz. Pro spolupráci s MODEST-PES je možno využít zavedené kolejové obvody se signální frekvencí 75 Hz, 275 Hz, případně i jinou. Pro tyto kolejové obvody jsou vždy zřízeny kolejové přijímače spolu s výstrojí napájecích a reléových jednotek a měniči frekvence v reléových stojanech.
• počítače náprav. Pro spolupráci s MODEST-PES je možno využít pouze ty typy počítačů náprav, které na svém výstupu obsahují dva navzájem inverzní signály VOLNO/OBSAZENO a v případě poruchy přechází oba výstupy do stavu OBSAZENO, případně mohou oba výstupy přejít o stavu, ve kterém hlásí poruchu (oba výstupy ve stavu obsazeno).

2.2.5 Prostředky pro zjišťování průjezdu drážních vozidel

Pro zjišťování průjezdu drážních vozidel se přednostně používá vyhodnocení postupného obsazení a uvolnění prostředků pro zjišťování volnosti podle předchozího bodu. Pro kolejiště bez prostředků pro zjišťování volnosti kolejových úseků je možno využít i samostatných prostředků pro zjišťování průjezdu drážních vozidel kontrolním místem. Doporučeno je využívat sériové kolejové obvody typu SKO-21, kolejnicové spínače typu HONEYWELL nebo samostatné kolejové obvody nebo počítače náprav. U těchto aplikací je MODEST-PES přesunut vždy do staničního zabezpečovacího zařízení 2. kategorie – zjišťování volnosti jízdní cesty a zrušení jízdní cesty po průjezdu drážního vozidla celou jízdní cestou se převádí na zodpovědnost operátora.

2.2.6 Pomocná stavědla

Pro obsluhu výměn, u kterých je požadována v některých případech místní obsluha, se zřizují pomocná stavědla. Pomocná stavědla se vybavují podle projektu a požadavku odběratele a obsahují zpravidla tyto prvky:

• tlačítka pro přestavení výměny (výkolejky) do druhé krajní polohy,
• indikace obou krajních poloh výměny (výkolejky) a indikace obsazení kolejového obvodu výměny,
• houkačka pro upozornění obsluhujícího pracovníka na předání souhlasu,
• dvoupolohový řadič převzetí a vrácení souhlasu k obsluze z pomocného stavědla,
• ve zvláštních případech třípolohový řadič pro rozsvěcování povolujících návěstí na návěstidlech v obvodu pomocného stavědla,
• ve zvláštních případech plombovatelné vytahovací tlačítko pro nouzové přestavení výměny s obsazeným kolejovým úsekem.

2.2.7 Brány

MODEST-PES může ovládat brány a provádět závislosti svícení povolujících znaků na jejich stavu (otevření/uzavření). Návaznost MODEST-PES na brány se provádí pomocí reléového rozhraní definovaného projektem podle konkrétního typu brány.

2.2.8 Kabelizace

Pro vnější kabelizaci pro připojení venkovních prvků jsou používány standardní párované kabely typu TCEKEY nebo typu TCEKEZE (na tratích se střídavou trakcí). Připojení počítačů náprav je doporučeno provádět zpravidla čtyřkovanými kabely typu TCEPKPFLEY. Pro datová propojení vedená ve venkovních prostředích se používají čtyřkované kabely typu TCEPKPFLEY nebo optické kabely s požadovaným počtem žil (pro MODEST-PES je nutno použít minimálně 4 optická vlákna + 1 optické vlákno pro případné servisní spojení, počet dalších žil v optickém kabelu určuje odběratel).